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shotcrete
guía chilena del hormigón proyectado
SEGUNDA EDICIÓN
SEGUNDA EDICIÓN
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Créditos
SHOTCRETE - GUÍA CHILENA DEL HORMIGÓN PROYECTADO
Publicado por
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile
Preparado y Actualizado por
Sergio García Guzmán y Milenko Ogaz Carrasco
Gestión y Producción
Sebastián García Morales
Revisión Técnica
Comité de Hormigón Proyectado - Shotcrete
Imágenes Portada
Gentileza: AtlasCopco y EPC Barchip
Edición y Diagramación
Luis Rojas Muñoz
Registro de Propiedad Intelectual
244981
Colaboradores del ICH
Germán Castro Escobar
Gian Franco Compagnoni
Claudio Flores Carreño
Carmen Muñoz Effa
Gerardo Staforelli Vivanco
Ana Vásquez Carvallo
Bernardo Vicencio Escobar
Institución Colaboradora
Área de Prevención de Riesgos, Escuela de Construcción Duoc UC
Colaboradores Vicepresidencia de Proyectos de CODELCO
Pedro Araya Opazo
Sergio García Guzmán
Aldo Moraga Núñez
www.shotcrete.cl
E-mail: info@ich.cl
www.ich.cl
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Prólogo
CAVE
BASF
EPC
ATLAS COPCO
GRACE
MELON
ROBOCON
SIKA
LABORATORIO LLAY LLAY
Esta Segunda Edición de la Guía Chilena del Hormigón
Proyectado sale a la luz casi un año exacto después del
lanzamiento inicial de esta publicación. La recepción que
ha tenido ha sido muy positiva, lo que nos ha motivado
a incorporar en esta edición muchos de los comentarios
y observaciones que recibimos durante este período, sin
cambiar el espíritu inicial, cual era ser un documento de
referencia práctico para todos aquellos que trabajan en áreas
ligadas al uso del hormigón proyectado .
Aun cuando esta guía está basada en gran medida en la
publicación “Shotcrete in Australia – Recommended Practice.
2ed.” y complementada con antecedentes de fuentes
europeas como EFNARC y la Guía Austriaca del Shotcrete,
hemos incorporado mayor cantidad de conocimientos y
experiencias basadas en la práctica nacional en construcción
con hormigón proyectado, especialmente en temas como el
de control de calidad y la seguridad.
La preparación de esta guía no hubiese sido posible sin la
valiosa participación de numerosos colaboradores técnicos,
quienes nos han aportado su experiencia tanto en los cursos
que el ICH ha dictado a más de 300 profesionales en los
últimos dos años y son también en la preparación y revisión
del borrador original. Este trabajo inicialmente coordinado
por Sergio García ha sido continuado por Milenko Ogaz
dando continuidad al desarrollo en torno al Shotcrete como
ICH hemos realizado en los útimos años.
También debemos destacar los aportes y recomendaciones
de los expertos internacionales en Shotcrete quienes nos han
visitado desde la realización de Expo-Hormigón de 2013 en
adelante, Stefan Bernard, Volker Wetzig y Matthias Reinhold.
Pero especialmente a Marc Jolin quien nos ha visitado en
varias oportunidades para compartir sus conocimientos y
experiencias en la investigación y uso del Shotcrete.
Una mención especial merece el trabajo que hemos podido
realizar en conjunto con el área de calidad de la Vicepresidencia
de Proyectos de Codelco y con sus profesionales, quienes nos
han abierto la puerta de sus proyectos para realizar un trabajo
de mejora de calidad y seguridad en las obras de hormigón
proyectado y cuyas conclusiones se han vertido en esta guía.
Esperamos ampliar el alcance de esta Guía en el futuro para
incorporar una visión desde nuevas áreas de aplicación como
las aplicaciones civiles y de edificación. Nos queda un largo
trabajo todavía por delante y los invitamos a participar del
mismo enviándonos sus comentarios y observaciones sobre
los temas que abordamos en esta Guía.
Augusto Holmberg F.
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile
Santiago –Octubre 2015
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
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ÍNDICE
CAPÍTULO 1: GENERALIDADES................................................................................................................
11
11
Alcances......................................................................................................................................................................
11
Definiciones................................................................................................................................................................
Tipos de hormigón proyectado.................................................................................................................................
13
Usos del hormigón proyectado................................................................................................................................. 14
Historia....................................................................................................................................................................... 18
CAPÍTULO 2: CONSIDERACIONES DE DISEÑO........................................................................................ 21
Consideraciones de diseño para estructuras de hormigón proyectado...............................................................
21
Consideraciones de diseño para el refuerzo............................................................................................................. 22
Consideraciones de diseño para aplicaciones en obras civiles subterráneas....................................................... 25
Consideraciones de diseño para la minería............................................................................................................. 26
CAPÍTULO 3: PROPIEDADES DEL HORMIGÓN PROYECTADO - SHOTCRETE........................................ 29
Docilidad..................................................................................................................................................................... 29
Resistencia a la compresión...................................................................................................................................... 29
Resistencia temprana................................................................................................................................................ 30
Resistencia a la flexión.............................................................................................................................................. 30
Tenacidad................................................................................................................................................................... 31
Densidad..................................................................................................................................................................... 31
Módulo de elasticidad............................................................................................................................................... 31
Contracción por secado............................................................................................................................................. 32
Fluencia lenta (Creep)................................................................................................................................................ 32
Coeficiente de expansión térmica............................................................................................................................ 32
Durabilidad................................................................................................................................................................ 32
Unión al sustrato........................................................................................................................................................ 33
CAPÍTULO 4: MATERIALES CONSTITUYENTES....................................................................................... 35
Cemento..................................................................................................................................................................... 35
Materiales finos complementarios........................................................................................................................... 35
Áridos.......................................................................................................................................................................... 35
Agua de mezclado...................................................................................................................................................... 36
Aditivos químicos...................................................................................................................................................... 36
Fibras de refuerzo...................................................................................................................................................... 39
Mallas o baras de acero............................................................................................................................................. 40
CAPÍTULO 5: DISEÑO DE LA MEZCLA..................................................................................................... 41
Generalidades............................................................................................................................................................ 41
Hormigón proyectado por vía húmeda................................................................................................................... 41
Hormigón proyectado por vía seca.......................................................................................................................... 42
Diseño de mezcla para piscinas................................................................................................................................ 42
Mezclas especiales..................................................................................................................................................... 43
Curvas granulométricas del árido combinado......................................................................................................... 43
Solución de problemas en el diseño de mezclas..................................................................................................... 45
CAPÍTULO 6: MAQUINARIA Y EQUIPOS PARA SHOTCRETE................................................................... 51
Generalidades............................................................................................................................................................ 51
Equipo para mezcla seca........................................................................................................................................... 51
Equipo para mezcla húmeda...................................................................................................................................... 53
Equipos auxiliares...................................................................................................................................................... 53
Equipos y sistemas de dosificación de acelerantes................................................................................................. 54
Sistemas de manejo ytrazabilidad de datos............................................................................................................ 54
Boquillas..................................................................................................................................................................... 55
Mangueras para el traslado de material (culebrones)............................................................................................ 55
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
CAPÍTULO 7: DOSIFICACIÓN, MEZCLADO Y TRANSPORTA..................................................................
Dosificación de shotcrete vía húmeda.....................................................................................................................
Dosificación de shotcrete vía seca...........................................................................................................................
Otras consideraciones sobre el mezclado.................................................................................................................
Transporte..................................................................................................................................................................
CAPÍTULO 8:APLICACIÓN DEL HORMIGÓN PROYECTADO...................................................................
Generalidades............................................................................................................................................................
Servicios.....................................................................................................................................................................
Formación y entrenamiento del personal................................................................................................................
Seguridad...................................................................................................................................................................
Sustratos y preparación de las superficies..............................................................................................................
Temperatura en el punto de aplicación...................................................................................................................
Condiciones de viento o corrientes de aire.............................................................................................................
Condiciones de lluvia................................................................................................................................................
Encapsulamiento de la armadura............................................................................................................................
Control del nivel y alineamiento de la proyección..................................................................................................
Rebote........................................................................................................................................................................
Juntas de construcción o expansión........................................................................................................................
Curado........................................................................................................................................................................
Tratamiento de retrasos (demoras)..........................................................................................................................
Inspección de riesgos antes de la proyección..........................................................................................................
Otras consideraciones...............................................................................................................................................
Shotcrete manual......................................................................................................................................................
Aplicación robotizada (mecanizado)........................................................................................................................
CAPÍTULO 9: REQUISITOS DE DESEMPEÑO.........................................................................................
Control de calidad – Q&A..........................................................................................................................................
Ensayos pre-construcción.........................................................................................................................................
Frecuencia de ensayo y pruebas................................................................................................................................
Sistemas de calidad...................................................................................................................................................
Alcances de la norma ISO 9001.................................................................................................................................
CAPÍTULO 10: MÉTODOS DE ENSAYO.....................................................................................................
Introducción...............................................................................................................................................................
Métodos par a la medición del hormigón fresco.....................................................................................................
Métodos para la medición de la resistencia temprana............................................................................................
Métodos para la medición de la resistencia en hormigón endurecido..................................................................
CAPÍTULO 11: CLASES DE RESISTENCIA TEMPRANA............................................................................
Clases de hormigón proyectado...............................................................................................................................
Clases de resistencia temprana.................................................................................................................................
Curvas J (ÖBV, 2013)..................................................................................................................................................
CAPÍTULO 12: SALUD Y SEGURIDAD...........................................................................................................................
Generalidades............................................................................................................................................................
Equipo de protección personal (EPP).......................................................................................................................
Aspectos específicos del operador y la faena..........................................................................................................
Descripción de riesgos en la aplicación de hormigón proyectado en minería.....................................................
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CAPÍTULO 13: ACI 506 Y LA EVALUACIÓN DEL GRADO DE TESTIGOS......................................
Generalidades............................................................................................................................................................
Aseguramiento de la calidad........................................................................................................................................
Calificación del Hormigón Proyectado.....................................................................................................................
CAPÍTULO 14: REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................
Referencias.................................................................................................................................................................
Bibliografía...................................................................................................................................................................
ANEXOS.................................................................................................................................................................................
Anexo A: Pruebas de compatibilidad de materiales constituyentes del shotcrete..............................................
Anexo B: Ejemplo de Plan de Inspección y Calidad sugerido para Túneles Mineros............................................
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
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Capítulo 1: Generalidades
1
CAPÍTULO
Generalidades
1.1 Alcances
Esta guía ofrece una descripción de la tecnología y la práctica
recomendada para el proceso del Hormigón Proyectado
(Shotcrete), materiales, especificaciones, equipamiento
y ensayos. Así mismo, sugiere aquellos temas que deben
ser examinados con detenimiento en relación al diseño
estructural y de mezcla, sin pretender ser una guía detallada
en estos tópicos.
Sí bien esta guía ofrece una visión general de los procesos
existentes en la proyección de hormigón y de los requisitos
que se requieren para alcanzar un desempeño determinado,
no reemplaza la necesidad de contar con la opinión de un
especialista en los campos particulares que se discuten en
esta guía.
En relación a las técnicas de proyección, existe en este
documento un mayor énfasis en las técnicas por vía húmeda,
tanto manual como robotizada. No ha sido la intención pasar
por alto el hormigón proyectado por vía seca, método que
tiene su propio conjunto de ventajas en muchas situaciones
particulares. Sin embargo, debido a las limitaciones de este
método, la aplicación de mezcla húmeda, especialmente
robotizada, para el soporte de rocas se efectúa cada vez con
más frecuencia. De todas maneras, la elección del proceso más
adecuado a utilizar depende, en definitiva, de la aplicación
particular considerada.
En la preparación de esta guía nos hemos basado
principalmente en “Recommended Practice – Shotcreting in
Australia”, complementada con lo que hemos considerado
son las mejores prácticas del hormigón proyectado en la
industria Europea, Australiana, Norteamericana y también
complementada con la experiencia nacional en el tema,
especialmente en aspectos que son propios de nuestra
realidad. Las diversas citas bibliográficas dan cuenta de esta
diversidad de fuentes.
1.2 Definiciones
El término “hormigón proyectado” se ha adoptado en
Chile para la descripción del “Shotcrete” de acuerdo con
la definición del “American Concrete Institute” (ACI),
organización que lo define como un “hormigón colocado por
proyección neumática de alta velocidad desde una boquilla”
(ACI Concrete Terminology).
Esta guía no pretende entregar una definición de todos los
términos usados en construcción con hormigón, sino solo
aquellas que son esenciales para comprender la terminología
asociada al uso del hormigón proyectado . Algunas palabras
han sido puestas entre paréntesis y corresponden al término
original en inglés.
• Acelerante (accelerator) - aditivo que normalmente
se añade en la boquilla de hormigón proyectado con el
efecto primario de aumentar la velocidad de fraguado
del cemento, reducir la fluidez y provocar una rápida
rigidización.
• Adherencia (adherencia / bond) - característica que
posee el hormigón proyectado de pegarse al sustrato
después de ser neumáticamente proyectado a través de
una boquilla.
• Aditivo (admixture) - cualquier material activo
agregado al hormigón en pequeñas cantidades para
modificar alguna de sus propiedades por acción física,
química o físico química.
• Bolsa de arena (sand lens / pocket) - zona dentro
del hormigón proyectado que contiene agregado fino
sin mezclar (arena), con poca o ninguna cantidad de
cemento, resultado de una mezcla incompleta.
• Boquilla o Pitón (nozzle / gun) - término general
utilizado para el dispositivo situado al final de la línea de
transporte, a través del cual se proyecta la mezcla.
• Capa de repaso (smoothing layer) - corresponde a una
fina capa de hormigón proyectado, aplicada generalmente
con la intención de proporcionar una superficie uniforme.
Se aplica sobre una capa inicial de hormigón proyectado.
También se conoce como una capa de acabado.
• Capa rápida (flash coat) – fina capa de hormigón
proyectado aplicada con fin de servir como sello o capa de
unión.
11
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
• Capas (layer /build up) - aumento de espesor con
sucesivas pasadas o capas de hormigón proyectado.
• Cemento (cement) - material aglutinante hidráulico que
cumple con NCh148.
• Cohesión (cohesion) – capacidad de los materiales
componentes del mortero u hormigón para mantenerse
mezclados de manera homogénea cuando son
transportados, manipulados, descargados, bombeados o
proyectados a través de la boquilla.
• Escurrimiento / desprendimiento (sagging /
sloughing) - movimiento descendente del hormigón
proyectado desde su punto de aplicación por efecto
principalmente de su propio peso.
• Especificación por Desempeño (performance
based specification) – especificación técnica en que
se explicitan las características de funcionamiento del
hormigón proyectado, por ejemplo resistencia mecánica a
compresión, resistencia a una edad particular, resistencia
a flexión, densidad, tenacidad, etc., sin prescribir la forma
en que ésta debe alcanzarse.
• Especificación Prescriptiva (prescriptive
specification) – especificación técnica en la cual se
explicita la cantidad de alguno o todos los ingredientes del
hormigón proyectado y también el proceso por el cual se
produce y se aplica (por ejemplo: contenido de cemento
por metro cúbico).
• Exudación (bleeding) - movimiento del agua desde
el interior de la masa de hormigón hacia la superficie
como resultado de la separación de la fase líquida de
ingredientes sólidos en la mezcla.
• Fibras (fibers) – elementos cortos, de forma alargada y
de alta capacidad a la tracción utilizados como refuerzo.
Las fibras comercialmente disponibles son las de acero,
polímeros de diversa composición y de vidrio resistente a
los álcalis. Las fibras son frecuentemente incorporadas en
el hormigón proyectado para aumentar la tenacidad.
• Gunita (gunite) – nombre propuesto por la compañía
“Cemet Gun Company” en 1907 en los EE.UU. para el
primer mortero que se proyectó neumáticamente . Este
mortero contiene agregado fino y un alto porcentaje de
cemento. El término Gunita no se utiliza generalmente en
Chile.
• Hidratación (hydration) - reacción química entre el
cemento y agua en el hormigón.
• Hidrolavado (hydroscaling) - lavado con agua a alta
presión que ayuda a mejorar la adherencia del hormigón
proyectado con el sustrato. Se recomienda que dicha
actividad la realice el operador del equipo de proyección.
• Hormigón proyectado (shotcrete) – hormigón
colocado por proyección neumática de alta velocidad
desde una boquilla.
• Macro fibras (macro fibers) - fibras relativamente
largas utilizadas normalmente para mejorar la respuesta
estructural después del agrietamiento de la matriz del
hormigón.
• Micro Fibras (Microfibers) - fibras de diámetro
relativamente pequeño utilizadas para control de
fisuración por retracción plástica, disminución de rebote
y para reducir el desconche (spalling) en caso de incendio.
• Mortero (mortar) – mezcla cementicia cuyo tamaño
nominal del árido es de 5 mm o inferior.
• Pasada (pass) – área de movimiento de la boquilla
durante la operación de proyección del hormigón. Una
capa de hormigón proyectado es usualmente construida
haciendo varias pasadas.
• Pitonero (nozzleman / sprayer / gunitador) - persona
encargada del control de la boquilla y por lo tanto de la
proyección del hormigón. El término “sprayer” se utiliza
frecuentemente en la literatura para diferenciar al
“nozzleman”. El primer término está asociado al operador
de equipo robotizado y el segundo a la persona que
proyecta shotcrete manualmente. En este documento
se utiliza el término “pitonero” para shotcrete manual
y “operador de equipo robotizado” para aquel que
proyecta con equipos telecomandados.
• Planchón de hormigón (fallout) – parte del hormigón
proyectado que cae (se desprende) de una superficie
de trabajo tiempo después de la proyección. No se debe
confundir con rebote que involucra partículas que saltan
desde el sustrato durante el proceso de proyección del
hormigón.
• Proyección por vía húmeda (wet mix shotcrete) - es
una técnica en la que el cemento, áridos y agua para una
amasada se mezclan antes de introducirlos en el equipo
de proyección. Esta mezcla es transportada a través de un
conducto hacia una boquilla desde donde es proyectada
en forma neumática a su lugar de colocación.
• Proyección por vía seca (dry mix shotcrete) - es
una técnica en la que el cemento y los áridos para una
amasada se mezclan e introducen dentro un equipo
adecuado de proyección, donde la mezcla es presurizada
e introducida dentro de un flujo de aire comprimido y
transportada a través de tuberías o mangueras hacia
una boquilla donde se introduce agua para hidratar la
mezcla, que luego es proyectada continuamente a su
lugar de colocación.
12
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Capítulo 1: Generalidades
• Pulsación - corresponde al espaciamiento en el flujo no
continuo del hormigón, producto del cambio de pistón por
el llenado incompleto del cilindro. Esto es apreciable en la
variación de la presión del manómetro de la bomba y en
el flujo discontinuo de hormigón que sale por la boquilla.
• Pulso de bombeo / pistonada (slugging) - flujo
intermitente de hormigón proyectado a través de la tubería
de transporte producto de la operación de bombeo.
finalmente vaciarlos en una bomba. Desde este punto la
mezcla se transporta a través de una manguera a una boquilla
en donde se proyecta neumáticamente sobre el sustrato. El
aire comprimido se introduce en el flujo de material en la
boquilla con el fin de proyectar el material hacia el sustrato. A
este hormigón proyectado se incorporan aditivos acelerantes
antes de ingresar a la boquilla y también se le puede incluir
fibras durante el mezclado; ver figura 1.1
• Rebote / Rechazo (rebound) - es la porción de hormigón
proyectado que es rechazado del elemento al cual se
proyectó depositándose en el suelo o superficies cercanas.
• Relación agua / cemento (wáter / cement ratio) -
proporción entre la cantidad de agua libre en la mezcla y
la cantidad de cemento (en peso).
• Saturado superficialmente seco (SSD) – condición
del agregado en la cual tiene sus poros saturados
internamente pero secos externamente.
• Sobre espesor (over-thickness) - exceso de hormigón
proyectado depositado sobre el sustrato o superficie
receptora.
• Sobre proyección (overspray) – exceso de shotcrete
colocado no intencionalmente en zonas que rodean el
sustrato a proyectar.
• Sustrato (substrate) - superficie sobre la que el hormigón
proyectado es colocado. Por ejemplo, suelo o roca. Incluye
estructuras como marcos o armaduras cuando existen.
Figura 1.1 Shotcrete por vía húmeda
1.3.2 Shotcrete por vía seca
Técnica en la que el cemento y agregados se procesan por
lotes y se mezclan mecánicamente. El material es transportado
neumáticamente a través de mangueras o tuberías a una
boquilla donde se introduce agua para humedecer la mezcla
antes de que sea proyectada. Este hormigón proyectado
también puede incluir aditivos o fibras o una combinación de
ambos; ver figura 1.2.
• Tenacidad (toughness) – la tenacidad es una medida
del comportamiento post agrietamiento del hormigón.
Se mide a través de la energía acumulada bajo la curva
carga-deflexión en una muestra sometida a ensayo de
flexión o tracción, a través de la resistencia residual u otro
parámetro derivado a partir de dicha curva.
1.3 Tipos de hormigón proyectado
El hormigón proyectado puede clasificarse de acuerdo al
proceso de proyección en hormigón proyectado por vía seca
y hormigón proyectado por vía húmeda.
1.3.1 Shotcrete por vía húmeda
Técnica en la que el cemento, áridos y el agua se procesan
por lotes y se mezclan juntos en una planta de hormigón
o equipo móvil de mezclado, para luego transportarlos y
Figura 1.2 Shotcrete por vía seca
En Chile, la mayor parte del hormigón proyectado se aplica
por el método de mezcla húmeda con un equipo robotizado.
Sin embargo, en ciertas aplicaciones es más adecuado utilizar
el proceso de mezclado en seco.
13
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Tabla1.1 Comparación de procesos de hormigón proyectado por vía húmeda y vía seca.
adapta a una amplia gama de aplicaciones en soporte de
suelo, revestimientos y edificación (figura 1.3).
Las principales ventajas del hormigón proyectado sobre el
hormigón moldeado son:
• La colocación y compactación se efectúan en una sola
etapa.
• Los moldajes generalmente no son necesarios.
• Permite un rápido proceso de colocación y puesta en
servicio.
• En obras de sostenimiento o tunelería permite acortar
los ciclos de trabajo.
Tras la aplicación y después de un período inicial de fraguado
y de rigidización, el hormigón proyectado proporciona
un soporte pasivo temprano al terreno. A medida que el
shotcrete endurece y gana resistencia, deformaciones
subsecuentes generan una significativa mayor resistencia ya
que el hormigón proyectado se vuelve también más rígido.
El hormigón proyectado, correctamente diseñado y aplicado,
permanece en su lugar sin hundimiento inclusive en paredes
verticales o aplicaciones sobre cabeza. Es muy adecuado en
áreas de acceso limitado, usando equipos pequeños, móviles
y portables. El hormigón proyectado puede ser aplicado a
través de equipos operados remotamente o por pitoneros.
Los equipos remotos (telecomandados) son usados
generalmente en aplicaciones subterráneas, lo que permite
una operación segura manteniendo alejado al operador
del sector sin fortificar. Estas ventajas han dado lugar a que
el hormigón proyectado sea usado en una gran variedad
de aplicaciones, algunas de las cuales se describen a
continuación, agrupadas en áreas generales de aplicación.
1.4 Usos del hormigón proyectado
1.4.1 Generalidades
El hormigón proyectado juega hoy en día un papel esencial
en la industria de la construcción civil y minera. Es un material
extremadamente versátil, que puede ser fácil y rápidamente
aplicado transformándose en un medio rentable para la
construcción.
El hormigón proyectado es una forma eficiente de colocación
de hormigón y posee excelente adherencia a múltiples
sustratos, incluyendo roca, hormigón, albañilería y acero. Se
Figura 1.3 Shotcrete sobre roca.
14
www.ich.cl
Capítulo 1: Generalidades
1.4.2 Tunelería
En tunelería, el hormigón proyectado puede ser usado
como revestimiento final o como soporte temporal. En
revestimientos finales, el hormigón proyectado puede
encontrarse usado en combinación con pernos de anclaje,
cables, hormigón reforzado con fibras y marcos de acero
(donde se requiera un soporte adicional). Los espesores
varían desde 50 mm hasta 500 mm, pudiendo ser aplicado
en múltiples capas.
1.4.4 Soporte de suelo en minería
Las primeras aplicaciones mecanizadas de hormigón proyectado
en minería fueron efectuadas sobre mallas y pernos instalados en
áreas de suelos de mala calidad, donde la malla era inadecuada y
requería la colaboración de pernos. Sin embargo, desde la década
de los noventa, el hormigón proyectado reforzado con fibra (FRS
Fiber Reinforced Shotcrete) está reemplazando progresivamente
la malla de acero como principal método de soporte de suelo en
la minería subterránea debido a las siguientes razones:
El nivel del soporte de suelo logrado con FRS y el post
apernado excede en muchos casos significativamente
el nivel de soporte logrado con pernos y mallas.
Se produce un incremento en la seguridad al no tener
la exposición de personas en zonas no fortificadas.
Aumenta la velocidad en el desarrollo de la mina al usar
hormigón proyectado.
Se reduce significativamente la necesidad de
rehabilitación del sistema de soporte del suelo.
Figura 1.4 Shotcrete en Túnel.
El hormigón proyectado aplicado como soporte temporal es
diseñado para proporcionar un soporte estructural temprano.
A continuación puede ir seguido de una segunda capa que
entrega el soporte permanente. El revestimiento permanente
puede ser: hormigón proyectado, dovelas prefabricadas de
hormigón u hormigón moldeado in situ.
La tecnología del hormigón proyectado ha desarrollado
y mejorado los sistemas de impermeabilización y se ha
convertido en un importante método de soporte para
la construcción subterránea. Se puede aplicar también
delgados revestimientos de hormigón proyectado sin
refuerzo para alisar la superficie de la roca y, por lo tanto,
reducir la resistencia al flujo de aire.
1.4.3 Cavernas
En algunos países se ha hecho común la construcción de
cavernas subterráneas para almacenar productos a granel y
materiales como petróleo, gas, aguas residuales y desechos
nucleares, las que han sido construidas usando un revestimiento
permanente de hormigón proyectado (figura 1.5).
Figuras 1.5 Cavernas revestidas con hormigón proyectado.
1.-
2.-
3.-
4.-
5.-
Ha aumentado la disponibilidad de equipos
mecanizados para la proyección de hormigón.
Uno de los principales desarrollos que mejoró la eficiencia en
el uso de hormigón proyectado como soporte de suelo fue el
paso a la proyección en ciclos. Esto significa que el hormigón
proyectado es aplicado durante el ciclo de desarrollo, después
de la tronadura y antes de la instalación de los pernos de
anclaje. De esta manera, el uso de malla no se requiere y los
pernos son instalados a través de las capas del hormigón
proyectado. Este método resultó en que las planchuelas
fueran instaladas en los pernos sobre las capas de hormigón
proyectado, proporcionando una óptima conexión entre el
hormigón proyectado y el sustrato.
La instalación del hormigón proyectado durante el desarrollo
del ciclo de fortificación exige que el hormigón proyectado
logre resistencias a edades tempranas lo antes posible
después de su aplicación, para entregar seguridad al
personal que está re-ingresando para continuar el desarrollo.
La resistencia inicial necesaria tiene que ser establecida por
un ingeniero especialista en cada sitio, pero generalmente
se encuentra cerca de 1.0 MPa. En la sección 10 se describe
los métodos de ensayo, los que requieren un profesional
técnicamente calificado y certificado para realizar las
mediciones y la interpretación correcta de los resultados de
los ensayos.
Otro desarrollo que ha mejorado el desempeño del hormigón
proyectado en el soporte al suelo y roca es el “hydro-scaling”.
El hydro-scaling es un lavado con agua a alta presión (entre
3000 a 6000 psi) que ha permitido una mejora en la adhesión
del hormigón proyectado con el sustrato de hasta un 300%
en algunas aplicaciones . En la mayoría de los casos no existe
necesidad del jumbo de perforación para llevar a cabo la
15
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
limpieza de los sectores con mala calidad de suelo. Más
detalles sobre el hydro-scaling se encuentran en la sección
8 de esta guía.
Se puede mejorar el desempeño de las capas de hormigón
proyectado con un aumento de los espesores de las capas
aplicadas y/o con un incremento de la dosis de fibra. Por lo
tanto, un mismo sistema de aplicación puede hacer frente a
una serie de diferentes requisitos de diseño.
En zonas sísmicamente activas, en algunas minas se está
instalando malla sobre la capa final de hormigón proyectado
para proporcionar un soporte adicional, ya que la malla
sin revestir tiene una elevada capacidad de deformación
respecto al revestimiento. Hoy en día, en las faenas
subterráneas de la gran minería y obras civiles en Chile, se
utiliza una combinación de hormigón proyectado, fibras,
mallas y pernos de anclaje (ver figuras 1.6a y 1.6b).
1.4.5 Edificación
El hormigón proyectado tiene una larga historia de aplicación
en la construcción de edificios fuera de Chile. Ejemplo
son los muros estructurales en subterráneos. El hormigón
proyectado también ha sido usado como una alternativa para
construir y moldear paneles tilt-up y en silos, existiendo vasta
experiencia de estas aplicaciones en USA y Australia.
1.4.6 Excavaciones para subterráneos y
estacionamientos
El hormigón proyectado juega un papel muy importante
en el soporte de excavaciones o cuando se requiere cortes
verticales. Junto con los pernos de anclaje y/o pilotes
excavados se logra avanzar con los muros a medida
que avanza el proceso de excavación, dejando un muro
permanente que puede ser usado estructuralmente.
1.4.7 Relleno de hundimientos o superficies
sobre-excavadas
El hormigón proyectado puede ser usado eficientemente
para el relleno de áreas sobre-excavadas o hundimientos. A
diferencia de los métodos tradicionales con un moldaje lateral,
usando hormigón proyectado no se expone al personal a
condiciones peligrosas y además presenta ventajas logísticas
de acceso y construcción.
1.4.8 Estructuras civiles complejas
El hormigón proyectado es muy eficiente en estructuras
que poseen geometrías complejas, incluyendo reducción de
sección o secciones curvas (ver figura 1.7).
Figura 1.6a Shotcrete sobre perno y malla.
Figura 1.6b Shotcrete sobre marco y malla.
Figura 1.7 Secciones complejas en Obra Civil.
16
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Capítulo 1: Generalidades
1.4.9 Canales, embalses y aliviaderos
Los embalses y canales pueden ser construidos excavando
hasta la forma requerida y luego proyectando el hormigón
directamente sobre el suelo o roca expuesta. El hormigón
proyectado tiene la capacidad de ser colocado, compactado
y afinado en un solo paso, si es necesario en casos que
se requiera un acceso rápido, variedad de formas o
revestimientos muy gruesos (ver figura 1.8).
Figura 1.10 Skateparks con hormigón proyectado.
1.4.12 Refractarios
Se pueden revestir o reparar hornos refractarios de todo
tipo con mezclas especiales de hormigón proyectado que
contiene materiales como cementos con alto contenido de
aluminato y ladrillos refractarios triturados, los que poseen
excelentes propiedades refractarias. Una de las principales
ventajas del hormigón proyectado refractario es que puede
ser colocado rápidamente en altos volúmenes en áreas poco
accesibles, por ejemplo, una chimenea elevada o zonas
remotas de un horno.
Figura 1.8 Hormigón proyectado en un canal hidráulico.
1.4.10 Estabilización de taludes
El hormigón proyectado es ampliamente usado para la
estabilización y protección en suelos y roca. Debido a
su alta resistencia al corte y buena adherencia a la roca,
el hormigón proyectado fortalece el sustrato, llenando
vacíos y grietas y por lo tanto, evitando que la roca
suelta se desprenda (figura 1.9).
1.4.13 Reparación, restauración y reforzamiento
El hormigón proyectado es usado ampliamente en la
rehabilitación de estructuras dañadas. Típicas aplicaciones
son la reparación de hormigón deteriorado por la corrosión
o el fuego. La reparación y restauración tienen lugar después
que las zonas afectadas han sido debidamente identificadas
y preparadas. Estructuras típicas que se reparan usando
hormigón proyectado son puentes, represas, torres, puertos,
edificios y estructuras de acero. Las estructuras de hormigón
pueden ser reforzadas con hormigón proyectado, por
ejemplo, donde la construcción origina haya dejado nidos.
El hormigón proyectado puede ser también usado cuando
un elemento estructural necesita aumentar su tamaño con el
propósito de incrementar la capacidad de carga. Dentro de
los elementos estructurales que pueden ser reforzados por
este medio están vigas, columnas, losas, muros de albañilería,
tanques y tuberías.
1.4.14 Protección contra el fuego
Figura 1.9 Estabilización de talud.
1.4.11 Piscinas y skatepark
Estas estructuras recreacionales son buenos ejemplos de la
diversidad de formas que pueden construirse con hormigón
proyectado. Estas estructuras son construidas excavando
acorde a la forma requerida y reforzando según sea necesario
con proyección de hormigón (figura 1.10). Las construcciones
con este método son económicas, durables y resistentes.
El uso del hormigón proyectado como material para la
protección contra el fuego es común y puede ser una excelente
solución especialmente en plantas químicas y refinerías.
Este proceso puede incluir el revestimiento de estructuras
de acero o un incremento en los espesores del hormigón
de recubrimiento. Por otra parte, el hormigón proyectado
puede ser diseñado incorporando micro-fibras sintéticas para
minimizar el desconchamiento bajo condiciones de calor
extremo (“spalling”). Las altas temperaturas derriten estas
microfibras permitiendo que el vapor de agua viaje a través
de los vacíos que quedan y se disipe en la superficie, por
ende, reduciendo la presión interna y el desconchamiento
posterior.
17
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
1.4.15 Acabados decorativos
El hormigón proyectado es muy adecuado para generar
formas libres con un acabado en el mismo sitio. Se pueden
contruir superficies suaves, cantos afilados y otros detalles
pero en general requieren de un trabajo manual delicado
(figura 1.11). Cuando se aplica los revestimientos finales, se
puede proyectar y tallar sobre una variedad de estructuras
existentes. También se pueden colorear para que coincida
con los alrededores.
La Unión Europea usó para el mismo material la terminología
de “Sprayed Concrete” (Hormigón Proyectado). En los años
cuarenta se introdujo el uso de agregado grueso de 10mm
dentro de las mezclas de hormigón proyectado. El hormigón
proyectado vía húmeda comenzó a usarse desde 1955.
A finales de los años sesenta se introdujeron los equipos
operados en forma remota. Las primeras fibras metálicas
fueron usadas en el año 1971 en Norte América y en 1977
los Noruegos comenzaron a utilizar la fibra metálica y los
equipos remotos en gran escala.
Figura 1.11 Acabos decorativos con shotcrete.
1.4.16 Estructuras contra explosiones
El hormigón proyectado ha sido usado por la industria militar
para construir hangares e instalaciones a prueba de bombas.
Otras organizaciones han usado materiales especiales en el
hormigón proyectado para construir estructuras resistentes
a explosiones, particularmente en zonas de seguridad críticas
de edificios en áreas peligrosas como refinerías de petróleo
y gas.
1.5 Historia
El primer hito en la historia del hormigón proyectado ocurrió
en 1907 con la máquina inventada por Carl Ethan Akeley en
Estados Unidos. Esta máquina permitía que materiales secos
fueran aplicados neumáticamente agregando agua en la
salida.
En 1910, se desarrolló y comenzó a utilizar una pistola de
cemento con doble cámara, basada en el diseño de Akeley. El
concepto de “Gunita” consistía esencialmente en un mortero
usado en Estados Unidos en los años veinte como protección
contra el fuego en piques mineros. A comienzo de los años
treinta, nació el término general de “Shotcrete” (Hormigón
Proyectado), difundido por el “American Railway Engineering
Association” (Asociación Americana de Ingenieros de
Ferrocarriles), para describir el proceso de “gunitado”. En
1966, el ACI (Instituto Americano del Hormigón) adoptó el
término “Shotcrete” para todas las aplicaciones neumáticas
de mortero y hormigón incluyendo la vía húmeda y seca 1 .
Figura 1.12 Faena de proyección de shotcrete aproximadamente en 1930.
El primer equipo de hormigón proyectado que se tenga
noción de arribo a Chile fue en la División El Teniente de
CODELCO, cercano a la localidad de Rancagua, VI Región. El
primer equipo introducido fue de proyección para vía seca
a mediados de los años 70, posteriormente esta técnica de
proyección fue llevada en los 80 a la División El Salvador.
En la actualidad el desarrollo de esta tecnología ha permitido
la introducción en las obras civiles de nuevos equipos,
procesos y materiales, siendo el desarrollo de las líneas
del Metro de Santiago, las que han permitido este cambio
tecnológico en Chile a gran escala.
Como resumen se puede señalar el avance de la construcción
del Metro de Santiago y el desarrollo del hormigón
proyectado:
• Línea 1 (1970-80) y línea 2 (1980-90): Excavaciones a
cielo abierto (talud y entibación). Ocupación de grandes
terrenos en vías principales.
• Extensiones línea 2 y línea 5 (1990-2005): construcción
de túnel con Método Austriaco (NATM) y principalmente
Shotcrete vía seca y manual.
• Extensiones Línea 4 y futuras línea 3 y línea 6:
shotcrete vía húmeda introduciendo el uso de equipos
robotizados de alto rendimiento.
Las siguientes imágenes reflejan el avance tecnológico en la
construcción del Metro de Santiago, se debe a las nuevas técnicas
de construcción de túneles y el uso del Shotcrete como principal
material constructivo estructural y de revestimiento.
18
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Capítulo 1: Generalidades
Figura 1.13 Tramo línea 1 Metro de Santiago, cubierta sector Holanda, Providencia (1970 - 80).
Figura 1.15 Tramo línea 2 Metro de Santiago, estación Cerro Blanco, Recoleta, 2003.
Figura 1.14 Tramo línea 1 Metro de Santiago, sección Evaristo Lillo, Metro Estación
Escuela Militar, Las Condes, (1970 - 80).
Figura 1.16 Pique de acceso a construcción de túneles y galerías Metro de Santiago, 2003.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
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Capítulo 2: Consideraciones de Diseño
2
CAPÍTULO
Consideraciones de Diseño
El enfoque general para el diseño de estructuras de hormigón
proyectado se asemeja al utilizado para estructuras de
hormigón convencional y toma en consideración aspectos
de estabilidad, resistencia, desempeño en condiciones de
servicio, durabilidad, resistencia al fuego, impermeabilidad y
otros requisitos de diseño.
2.1 Consideraciones de diseño para estructuras
de hormigón proyectado
2.1.1 Diseño por condiciones de estabilidad
El diseño de estructuras de hormigón proyectado por
condiciones de estabilidad debe considerar todos
los posibles movimientos de la estructura como un
cuerpo rígido, incluyendo volcamiento, levantamiento,
pandeo y deslizamiento. El volcamiento es relevante
para estructuras de hormigón proyectado auto
soportantes (por ej. silos en altura). El levantamiento
o flotación es relevante para estructuras enterradas
que están sujetas a una presión hidrostática por el
exterior (por ej. piscinas vacías). El deslizamiento
es importante principalmente para estructuras de
hormigón proyectado sometidas a una componente
de carga horizontal. Algunas estructuras pueden
estar sometidas a una combinación de las situaciones
anteriores como es el caso de los muros de contención
que están expuestos a volcamiento y deslizamiento.
2.1.2 Diseño por condiciones de resistencia
El uso previsto del hormigón proyectado determinará los
requisitos de desempeño que este material debe alcanzar.
Este puede variar desde un rol netamente estructural hasta
aplicaciones no resistentes como sería el caso de una capa
de sellado superficial o un acabado arquitectónico (estético).
Esta cláusula cubre el diseño por condiciones de resistencia
de hormigón proyectado con responsabilidad estructural.
Debemos estar conscientes que las interacciones del
hormigón proyectado con las cargas y los materiales que
soporta pueden ser muy complejas y en muchos casos no
es posible en la práctica modelarlas o analizarlas en forma
satisfactoria. Por esta razón, se han desarrollado diversos
métodos analíticos simplificados o enfoques empíricos
para diseñar el hormigón proyectado bajo consideraciones
de resistencia. Sin embargo, el objetivo común del diseño
es lograr una resistencia frente a las cargas que supere
las solicitaciones impuestas con un margen de seguridad
adecuado.
Los dos enfoques para el diseño por condiciones de resistencia
son: el analítico y el empírico. El enfoque analítico incluye
una racionalización de las acciones que potencialmente
actuarán sobre el hormigón y de la resistencia del sistema
estructural a dichas cargas. Es posible usar tanto un enfoque
determinista como uno probabilístico para la estimación
de las solicitaciones y de la resistencia. El enfoque empírico
implica el uso de un cuerpo documentado de experiencias
anteriores que sea relevante para la aplicación específica y las
condiciones imperantes del proyecto y derivar a partir de este
conocimiento un sistema estructural satisfactorio.
(a)
Evitar rotación de
bloques.
PISO
(d)
CORONA
Confinamiento en
situaciones de alto
esfuerzo.
(b)
Resistencia de corte
en el contacto con
la roca.
(e)
Control de desplazamiento
de bloques
por corte.
Figura 2.1: Mecanismos de soporte de un macizo, Stacey (2001), Alexandre Gomes 2013.
(c)
Cementación de
fisuras y fallas (por
la penetración del
shotcrete).
(f)
Control de desplazamiento
de bloques por
resistencia a la tracción
(efecto puente).
21
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
En aplicaciones donde existe una fuerte interacción entre
el hormigón proyectado y el terreno, debido al complejo
comportamiento estructural y la potencialmente elevada
variabilidad de los parámetros de diseño, es una buena
práctica monitorear el desempeño de un sistema estructural
de hormigón proyectado hasta confirmar que se ha obtenido
un comportamiento satisfactorio.
Cuando se requiere adherencia al sustrato como parte de un
sistema estructural, la pérdida potencial de adherencia se
puede reducir con una adecuada preparación del sustrato y
mediante la limitación de la retracción y de la fluencia lenta
propia del hormigón. En general no se recomienda depender
de la adherencia entre el hormigón y el sustrato para asegurar
la capacidad estructural a largo plazo. Se puede generar una
conexión a largo plazo entre el revestimiento de hormigón
y el sustrato en forma independiente a través del uso de
sistemas de anclaje.
No podemos dejar de enfatizar que cuando el hormigón
proyectado tenga un rol estructural es esencial la participación
de un ingeniero competente y calificado, con experiencia en
este tipo de proyectos, para desarrollar el diseño estructural.
Para el diseño estructural en aplicaciones de obras civiles,
se puede utilizar en los cálculos los principios generales de
diseño por resistencia o estado límite último, por ejemplo
de ACI 318, en el diseño de estructuras compuestas
principalmente de hormigón proyectado simple u hormigón
proyectado reforzado con barras o mallas convencionales.
Cuando se utilizan las fibras como refuerzo, se recomienda
un análisis que incorpore las resistencias residuales post
agrietamiento para los niveles esperados de deflexión.
Si se deben considerar deformaciones importantes en el
diseño para tomar en cuenta eventos extremos, se recomienda
que la tenacidad del FRS se considere para anchos de fisura
grandes (mayores a 2 mm). Los datos de comportamiento
para el FRS se obtienen a partir de ensayos como los que se
describen en el capítulo 10 , correspondiente a los ensayos en
paneles y vigas para la estimación de la absorción de energía
y la resistencia residual.
2.1.3 Diseño por condiciones de servicio
El funcionamiento en condiciones de servicio describe la
capacidad de una estructura para seguir siendo adecuada
para una finalidad prevista durante toda su vida de diseño. En
conjunto con las consideraciones de resistencia a las cargas,
el diseño de estructuras de hormigón proyectado puede
requerir satisfacer ciertas condiciones de servicio, tales como
límites en las deflexiones y en el ancho de grietas. Otros
criterios de servicio comúnmente aplicados a estructuras de
hormigón proyectado incluyen: estanqueidad, deformación
por fluencia, apariencia, acabado superficial y resistencia a
la abrasión.
Los límites para las deflexiones y los anchos de grieta en el
diseño por condiciones de servicio (diseño por tensiones
admisibles) son generalmente mucho más pequeños que
los considerados para los métodos de diseño por resistencia.
Los anchos de fisura aceptables, por ejemplo, se toman
generalmente por debajo de 0,3 mm en ambientes no
agresivos.
2.1.4 Diseño por resistencia al fuego
Algunas aplicaciones de hormigón proyectado pueden incluir
requisitos establecidos en el Código de Construcción de cada
país, o por el mandante, para lograr una determinada resistencia
al fuego durante un período mínimo de tiempo. Este requisito
generalmente toma la forma de una limitación a la pérdida de
resistencia, a la pérdida de capacidad de funcionamiento u
operación o a la transmisión de calor y/o humo.
2.1.5 Diseño por condiciones de durabilidad
La durabilidad describe la capacidad de una estructura para
resistir a las condiciones de exposición medioambientales que
puedan ocurrir durante su vida proyectada sin la necesidad de
un mantenimiento excesivo. Estas condiciones de exposición
medioambientales pueden incluir: ataque químico a la matriz
de hormigón y la corrosión de la armadura.
Los requisitos de durabilidad para la matriz de hormigón
se satisfacen mediante el control del diseño de la mezcla a
través de medidas tales como limitar la máxima relación a/c,
la mínima cantidad de cemento o la máxima permeabilidad
aceptable. Los requisitos de durabilidad para el acero de
refuerzo son normalmente satisfechos mediante la limitación
del ancho de las fisuras en servicio a 0,3 mm y la garantía de
que la matriz de hormigón cumpla con los requisitos y las
características especificadas para la categoría de exposición
adecuada. Los anchos máximos aceptables de fisura para el
hormigón proyectado reforzado con fibra sintética pueden
ser mucho más grandes que el usado para el refuerzo de
acero.
2.1.6 Diseño por otros requerimientos
Algunas aplicaciones pueden requerir la consideración
de otros criterios no incluidos en las categorías anteriores,
tales como requisitos operacionales y medioambientales.
Ejemplos de esto son la construcción en lugares remotos,
restricciones en el horario de trabajo o condiciones climáticas
extremas.
2.1.7 Consideraciones adicionales para la matriz
de hormigón proyectado
Otros criterios de diseño menos usados pueden ser
importantes en una aplicación determinada, entre ellos:
densidad, módulo de elasticidad, resistencia a la abrasión y
al fuego.
Se debe prestar atención al hecho que todas las propiedades
de la matriz del hormigón proyectado son interdependientes
22
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Capítulo 2: Consideraciones de Diseño
y ciertos requisitos de desempeño pueden ser incompatibles.
Por ejemplo, una baja densidad con alta resistencia, o un alto
contenido de cemento con una baja retracción.
2.2 Consideraciones de diseño para el refuerzo
2.2.1 Generalidades
la distancia mínima entre los pares de barras traslapadas es
tres veces el tamaño máximo del árido. La incorporación de
más de una capa de refuerzo por aplicación de hormigón
proyectado fresco puede hacer que sea difícil de lograr
el encapsulamiento efectivo sin una debida preparación,
aplicación y diseño del hormigón proyectado, figura 2.2.,
figura 2.3 y figura 2.4
Hay tres enfoques para considerar el refuerzo usado en el
hormigón proyectado estructural:
• Sin refuerzo.
• Refuerzo convencional con malla, barras o marcos.
• Refuerzo con fibra.
2.2.2 Hormigón proyectado sin refuerzo
En aplicaciones que implican solicitaciones exclusivamente
de compresión, o sin cargas solicitantes significativas,
puede ser apropiado evitar el uso de refuerzo. Tales sistemas
estructurales exhibirán muy baja resistencia a la tracción y
muy baja ductilidad, por lo tanto, se debe evitar el desarrollo
de solicitaciones por tracción en la estructura.
Figura 2.2. Shotcrete a través de varias capas de armadura en un muro.
2.2.3 Refuerzo convencional
El refuerzo convencional comprende elementos continuos
tales como barras de acero, mallas de barras, mallas de alambre
electrosoldado, cables de postensado y otros materiales tales
como barras o mallas de compuestos plásticos reforzados
con fibra Si se logra un efectivo encapsulamiento de las
barras, mallas u otros elementos, logrando que el hormigón
proyectado embeba a la armadura con un hormigón de
calidad adecuada, los elementos de hormigón proyectado
convencionalmente reforzados pueden ser diseñados de
acuerdo con las normas de diseño en hormigón armado
conocidas, como ACI 318 o NCh 430.
Para garantizar y lograr el efectivo encapsulado, se requiere de
un detallado y una fijación del refuerzo, marcos reticulados,
mallas, etc, que sea apropiado considerando las condiciones
de aplicación del hormigón (hormigón aplicado con
presión y a alta velocidad contra el refuerzo) y además una
correcta técnica de aplicación del hormigón. Se recomienda
disponer siempre en el proyecto de operadores y/o pitoneros
certificados bajo los estándares recomendados por ACI
506 para shotcrete manual y EFNARC para operadores con
equipos robotizados.
Se recomienda que la separación mínima de las barras sea
de 100 mm y que los empalmes estén escalonados para que
la armadura pueda ser envuelta y encapsulada de forma
efectiva durante la proyección.
El ACI 506R recomineda que las barras traslapadas estén
separadas por una distancia de al menos tres diámetros de la
barra de mayor diámetro. En Australia la convención es que
Figura 2.3. Shotcrete a través de secciones de marcos reticulados estructurales.
Figura 2.4 Testigo que muestra el mal encapsulado de las barras, parte del proceso de
examinación de ACI 506.
Los pernos de anclaje a menudo introducen una carga puntual
elevada sobre un revestimiento de hormigón proyectado, la
que necesita ser anclada al revestimiento utilizando el refuerzo
como parte del conjunto. Estas fuerzas pueden ser distribuidas
en el revestimiento más eficazmente si se coloca una placa de
dimensiones adecuadas al perno de anclaje o se usa una serie
de barras de refuerzo inclinadas (a veces llamadas “spider” en el
extranjero) en el extremo del perno. Esta “spider” siempre debe
quedar encapsulada dentro del revestimiento de hormigón
23
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
proyectado reforzado con fibras. La placa debe ser externa a la
capa estructural de hormigón proyectado para que sea eficaz y
puede ser cubierta posteriormente con hormigón proyectado no
estructural.
Figura 2.6 Fibras de acero
Figura 2.5 Modelo básico de soporte con pernos.
Las vigas o marcos utilizados en la construcción subterránea
a menudo incluyen barras de refuerzo de diámetro superior
a 16 mm. Sin embargo, estas vigas están especialmente
diseñadas para permitir un completo encapsulado con
el hormigón proyectado, por lo que solo dependerá del
operador completar en forma efectiva esta operación.
2.2.4 Fibra de refuerzo
La fibra de refuerzo comprende elementos discretos cortos,
distribuidos uniformemente a través de la masa del hormigón
proyectado. Las fibras individuales se fabrican típicamente de
acero o de polímeros, aunque en aplicaciones especializadas
se han utilizado fibras de vidrio resistente a los álcalis o
celulosa. Las fibras pueden ser introducidas al hormigón
proyectado por razones distintas al refuerzo estructural, tales
como el control del rebote y de la fisuración por retracción
plástica y para mejorar la resistencia al fuego.
Cabe mencionar que uno de los argumentos de los
diseñadores que se han resistido al uso de la fibra pasa por
la dispersión uniforme de las fibras en la masa de hormigón.
Sin embargo, estudios recientes han mostrado que un buen
diseño de mezcla y un adecuado carguío de este producto
permite una homogénea dispersión en la masa.
Otro aspecto relevante en las aplicaciones en obras civiles,
es la combinación entre la dosis de fibra y el espesor del
shotcrete como aplicación para alcanzar la absorción de
energía requerida, tema que se aborda en profundidad en
el capítulo de ensayos.
Figura 2.7 Macro fibras sintéticas.
Otro aspecto relevante en las aplicaciones en obras civiles,
es la combinación entre la dosis de fibra y el espesor del
shotcrete como aplicación para alcanzar la absorción de
energía requerida, tema que se aborda en profundidad en el
capítulo de ensayos.
El rol estructural de la fibra de refuerzo en el hormigón
proyectado es proporcionar tenacidad (capacidad de carga
después del agrietamiento) y no una mayor resistencia a la
tracción o a la flexión del hormigón no fisurado. La tenacidad
describe la capacidad del hormigón proyectado reforzado
con fibras para mantener y potencialmente redistribuir las
cargas después de la fisuración. En un diseño determinista,
el sistema estructural con hormigón proyectado se diseña de
manera idealizada para no agrietarse. Sin embargo, debido
a la complejidad y la incertidumbre inherente a algunos
sistemas estructurales, especialmente cuando está implicado
el soporte del suelo, sigue existiendo la posibilidad de una
subestimación de las solicitaciones, por lo que la capacidad
de carga después de la fisuración es crucial para mantener la
seguridad y capacidad de servicio global del sistema.
La tenacidad se cuantifica en términos de la capacidad de
carga o de la absorción de energía post agrietamiento, la
que se evalúa a través de vigas o paneles de prueba. Las
mediciones de la capacidad de carga posterior a la fisuración
24
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Capítulo 2: Consideraciones de Diseño
en una viga o panel de prueba se utiliza para cuantificar la
capacidad del hormigón con fibra agrietado para soportar las
solicitaciones de carga.
Existen varias herramientas de diseño geotécnico que
sirven como orientación sobre el valor de tenacidad que se
debe especificar para aplicaciones en minería u obras civiles
subterráneas, tal como se indica en las próximas secciones.
2.3 Consideraciones de diseño para
aplicaciones en obras civiles subterráneas
2.3.1 Cargas aplicadas
Un factor determinante para el diseño de hormigón proyectado
es la definición de las cargas que actuarán. Estas se determinan
típicamente usando el método desarrollado por Terzaghi5 para
el análisis de cuña o con el uso de programas computacionales
especializados basado en un análisis de elementos finitos. En
suelo fracturado, la determinación de las cargas se modela a
menudo utilizando formas y masas idealizadas de suelo inestable
que actúan como una carga distribuida en el revestimiento.
2.3.2 Diseño por condiciones de estabilidad
El diseño por condiciones de estabilidad estructural de túneles
civiles no suele ser un factor determinante. Sin embargo, si
los elementos en un conjunto, o partes de los mismos, están
sujetos a inestabilidad debido a volcamiento, levantamiento
y deslizamiento, deben ser diseñados considerando estos
factores. La estabilidad de una perforación excavada es, sin
embargo, la principal preocupación y se aborda en las cláusulas
siguientes.
2.3.3 Diseño por condiciones de resistencia
La estructura y sus componentes deben ser diseñados
para tener una resistencia adecuada. Las solicitaciones se
determinan utilizando los códigos de diseño para hormigón
convencional armado y/u otros códigos de práctica o
guías disponibles para el diseño de hormigón no armado
y reforzado con fibras, por ejemplo DBV German Concrete
Society 7 o Barrett & McCreath 6 .
Existen diversos documentos que proporcionan una
orientación sobre el diseño de revestimientos de hormigón
proyectado para diferentes condiciones de terreno.
Estos documentos incluyen guías de AFTES 9 e ICE 10 para
revestimientos gruesos de hormigón proyectado en terrenos
blandos y la guía ACI SP57 11 para revestimientos refractarios.
RILEM TC162 12 proporciona cierta ayuda respecto a las
propiedades estructurales de FRS, pero los ensayos
involucrados rara vez se utilizan. Más información sobre el
diseño de revestimiento de hormigón proyectado puede
encontrarse en John & Mattle 13 , Hoek et al 14 , BTS 15 y Windsor 16 .
Las mediciones de resistencia deben realizarse según se
describe en el capítulo de ensayos, el que incluye: resistencia
a la compresión, a la flexión, absorción de energía y resistencia
residual.
No se debe depender de la adherencia ente el shotcrete y el
sustrato para garantizar el soporte estructural a largo plazo.
Se debe especificar los requisitos mínimos para la adherencia
cuando el diseño a corto plazo considera el aporte de la
adherencia. Para esto se deben realizar pruebas de adherencia
como se menciona en el capítulo de ensayos.
2.3.4 Diseño considerando parámetros geotécnicos
Un consultor geotécnico o ingeniero especializado debe evaluar
la influencia que pueda tener las tensiones medidas o previstas,
la estructura, discontinuidades y posibles desplazamientos o
deformaciones en el tiempo. El perfil de la excavación y su tamaño
pueden afectar la especificación de hormigón proyectado en su
resistencia y su espesor. Ejemplos de herramientas de diseño
que utilizan datos geotécnicos son:
• Sistema Q (Grimstad& Barton 12 ).
• Sistema RMR (Bieniawski 13 ).
• Nuevo Sistema Austríaco para la Construcción de
Túneles (NATM).
• Método de la curva característica del suelo (Brady and
Brown 14 ).
• Modelación numérica.
2.3.5 Diseño por condiciones de servicio
Las estructuras subterráneas y las partes que la componen
deben ser diseñadas con una adecuada capacidad de servicio
controlando o limitando las deflexiones, el agrietamiento y las
vibraciones.
El diseño por condiciones de servicio también debe considerar
el control de los asentamientos subterráneos y de superficie
dentro de los límites aceptables según lo especificado en los
requisitos de proyecto. Otras condiciones que también pueden
ser aplicadas al hormigón proyectado son el acabado de la
superficie o requisitos decorativos y de impermeabilización.
2.3.6 Diseño por condiciones de durabilidad
La estructura debe ser diseñada para la durabilidad
definida por los requisitos del proyecto. La durabilidad
puede comprender muchas interacciones complejas de los
elementos de la estructura y el entorno en que se encuentra,
las que deben ser tratadas en conjunto con un experto con
experiencia en el tema.
Los parámetros típicos que influyen en el diseño por
condiciones de durabilidad son la vida útil especificada (por
ejemplo 20, 50 ó 100 años) y la exposición a la atmósfera y
el medio ambiente (por ejemplo, la química de las aguas
25
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
subterráneas, las condiciones de hielo/deshielo, suelo
contaminado, corrientes parásitas, etc.). Se recomienda
consultar textos especializados y a consultores familiarizados
con los problemas de durabilidad y corrosión del refuerzo
para desarrollar diseños apropiados cuando se espere que
la estructura de hormigón proyectado se encuentre en
condiciones de exposición agresivas (como en defensas
costeras).
La nueva norma NCh 170 incorpora disposiciones específicas
respecto a la calificación de los ambientes agresivos y la
especificación de las propiedades requeridas del hormigón,
especialmente las resistencias mínimas, mínimo contenido
de cemento y la permeabilidad del hormigón.
2.3.7 Diseño por resistencia al fuego
La estructura y sus componentes deben, si es necesario, estar
diseñados para ser resistentes al fuego. En algunos casos
será necesario realizar pruebas de fuego para verificar que se
alcance el nivel de resistencia al fuego esperado, las que se
realizan en sitio o en instalaciones especialmente preparadas
como el túnel de pruebas de VS Hagerbach en Suiza.
2.3.8 Diseño por otros requerimientos
Los requisitos especiales de un proyecto pueden afectar a
las características del hormigón requerido, por lo que este
aspecto debe ser considerado en el diseño. Los problemas
típicos que pueden surgir en un ambiente subterráneo civil,
incluyen pero no se limitan a, las restricciones relativas a los
horarios de construcción y disposiciones respecto al apoyo
y empotramiento de fijaciones mecánicas y eléctricas.
2.4 Consideraciones de diseño para la
minería
2.4.1 Diseño por condiciones de resistencia y
estabilidad
Parámetros geotécnicos. La industria minera ha utilizado
tradicionalmente métodos empíricos apoyados por
alguna forma de clasificación del macizo rocoso para el
diseño de sistema de soporte. Los sistemas de clasificación
del macizo rocoso se han utilizado para agrupar áreas
de características geomecánicas similares con el fin de
proporcionar una guía para abordar el comportamiento
respecto a estabilidad y para seleccionar el tipo de apoyo
apropiado. Ejemplos de sistemas comúnmente usados
son:
• Sistema Q (Grimstad& Barton 12 ).
• Sistema RMR (Bieniawski 13 ).
• Nuevo Sistema Austríaco para la Construcción de
Túneles (NATM).
• Método de la curva característica del suelo (Brady and
Brown 14 ).
• Modelación numérica.
Ambos sistemas de clasificación, RMR y Q, se basan en una
clasificación de tres propiedades principales de un macizo
rocoso:
• Resistencia de la roca intacta
• Propiedades de fricción de discontinuidades
• Geometría de los bloques intactos de roca definidos
por las discontinuidades.
El sistema Q de clasificación del macizo rocoso fue
desarrollado para el soporte del túnel en roca dura por Barton
et al 15 y se basa en una evaluación numérica de la calidad del
macizo rocoso con seis parámetros:
•
•
•
•
•
•
RQD Denominación de calidad de la roca
Jn Índice de diaclasado (número de familias de
discontinuidades
Jr Índice de rugosidad de las discontinuidades
Ja Índice de alteración de las discontinuidades
Jw Factor de reducción por presencia de agua
SRF Factor de reducción por tensiones
La principal ventaja del sistema de clasificación Q es que es
relativamente sensible a variaciones menores en propiedades
de las rocas. Las descripciones utilizadas para evaluar la
condición de las discontinuidades son relativamente rigurosas
y dejan menos margen para la subjetividad, en comparación
con otros sistemas de clasificación de macizos rocosos. Una
desventaja del sistema Q es que es relativamente difícil de
aplicar para los usuarios sin experiencia (Milne et al 15 ).
El uso del sistema Q para el diseño de soportes también
ha evolucionado con el tiempo. En particular, Grimstad &
Barton 12 han introducido un gráfico de diseño que toma en
consideración el uso de hormigón proyectado reforzado con
fibras. Esto se muestra en la figura 2.8.
El diseño del soporte con hormigón proyectado en minería
tiende a diferir del enfoque de diseño de túneles, esto debido
a que la orientación de la excavación, las condiciones
de profundidad y tensiones pueden variar a lo largo de una
mina subterránea y durante la vida de operación. Debido a
esta variación, se recomienda que un consultor geotécnico
o ingeniero con experiencia en el tema evalúe la influencia
de cualquier tensión medida o estimada, de la estructura,
las características de las discontinuidades y desplazamientos
o deformaciones anticipadas en el hormigón proyectado.
El perfil del túnel y su tamaño también pueden afectar la
especificación del hormigón proyectado, en su resistencia o
espesor. Los requisitos para el hormigón proyectado o para
otros métodos de control de superficies deben ser determinados
por un ingeniero geotécnico, ingeniero del área de
mecánica de rocas o con una experiencia similar.
Preparación del sustrato. El desempeño del hormigón
proyectado puede ser afectado significativamente por la
calidad de la preparación del sustrato. Consideraciones
generales son la limpieza de la superficie, el flujo de agua, el
material de relleno de discontinuidades, etc. Véase el capítulo
8 sobre Preparación del sustrato.
26
www.ich.cl
Capítulo 2: Consideraciones de Diseño
Interacción con otros elementos de soporte del suelo. En el
diseño del hormigón proyectado se debe considerar la posible
interacción con otros elementos de apoyo tales como pernos de
anclajes, malla, barras, corchetes, arcos y placas. Estos requisitos
debieran ser examinados y especificados por un consultor
geotécnico o ingeniero con experiencia en esta área.
CATEGORÍAS DE REFUERZO
(1) Sin sostenimiento
(5) Perno + shotcrete reforzado con fibra (50 - 90 mm)
(2) Pernos colocados en forma esporádica
(6) Perno + shotcrete reforzado con fibra (90 - 120 mm)
(3) Pernos colocados en forma sistemática
(7) Perno + shotcrete reforzado con fibra (120 - 150 mm)
(4) Perno colocados en forma sistemática + shotcrete no (8) Perno + shotcrete reforzado con fibra (> 150 mm) + marcos
reforzado (40 - 100 mm)
(9) Revestimiento de hormigón armado colado en sitio
Figura 2.8 Categorías de soporte basadas en el índice Q (tomado de Grimstad&Barton 15 )
2.4.2 Diseño por condiciones de servicio
Flujos de agua subterránea. Los flujos de agua subterránea
excesivos pueden afectar la unión del hormigón proyectado
con el sustrato y el comportamiento último debido a
la presión excesiva del agua que se acumula detrás del
hormigón. En el capítulo 5 sobre diseño de mezclas, se
entregan recomendaciones acerca de las técnicas sugeridas
para mitigar los riesgos asociados con el agua subterránea.
Requerimientos de terminación de las superficies. Puede
ser necesario un acabado liso por razones estéticas, para
reducir la rugosidad de la superficie y la abrasión o para
mejorar la ventilación y mejorar el flujo de algún fluido.
Los acabados lisos también se pueden especificar por
motivos de seguridad en talleres, estacionamientos, salas o
áreas donde las personas o las máquinas puedan entrar en
contacto con la superficie. Los ejemplos incluyen túneles que
requieren revestimientos a prueba de agua o que incorporan
membranas en láminas.
2.4.3 Diseño por condiciones de durabilidad
Vida útil de la excavación. El diseño del hormigón
proyectado debe tener en cuenta la longitud de la vida de
servicio requerida para el túnel, cámara, eje, pase de minerales
u otra excavación.
Abrasión. En aplicaciones en las que el hormigón proyectado
se somete a desgaste por flujos de roca, se puede requerir
mejorar la resistencia a la la abrasión y las propiedades
resistentes al impacto mediante el uso de hormigón
proyectado de mayor tenacidad o a través de la adición de
materiales especiales tales como el corindón (corundum).
Temperatura y humedad. Subterráneos, minas y túneles
pueden tener ambientes muy secos con altos flujos de aire y
elevadas temperaturas los que pueden causar agrietamiento
por retracción plástica y/o de secado. Este factor debe ser
evaluado en el diseño y debe prestarse especial atención al
curado. Véase el capítulo 8 sobre Aplicación.
27
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Fragilidad. La tenacidad del FRS cambia con la edad y
en determinadas circunstancias, en particular para una
matriz de cemento muy fuerte y para grandes deflexiones.
Bernard2. Por ejemplo, la tenacidad obtenida a los 28 días no
necesariamente puede ser mantenida a edades posteriores.
Por lo tanto, es necesario tener en cuenta el grado de
deformación que podría sufrir un revestimiento de FRS a
edades más tardías a la hora de seleccionar el tipo y la tasa de
dosificación de fibra que se usa como refuerzo. La solicitación
más severa sobre un revestimiento de FRS no necesariamente
se encuentra a edades tempranas.
2.4.4 Otros factores de diseño
Resistencia al fuego. Generalmente no se considera en las
especificaciones del hormigón proyectado para aplicaciones
mineras u obras civiles. Es un tema pendiente a falta de una
reglamentación más acabada.
Túnel – perfil y tamaño. El perfil del túnel y sus dimensiones
pueden afectar a los métodos y equipos de aplicación.
Tiempo de reingreso. Si el tiempo de reingreso es crítico para
la velocidad de desarrollo el hormigón proyectado puede ser
aplicado ‘en ciclos’. El ciclo del hormigón proyectado se define
como la aplicación inmediata de hormigón proyectado una
vez que la frente ya ha sido perforada, “quemada”, excavada
y retirada la marina y recibe una primera capa de shotcrete
como revestimiento previo al inicio del nuevo ciclo de
perforación (se puede ampliar el ciclo si además se incluyen
pernos, mallas, etc.). En el capítulo 4 y el capítulo 5 se pueden
encontrar detalles sobre los aditivos y el diseño de la mezcla
que influyen en la resistencia temprana y por lo tanto el
tiempo de reingreso. En la definición de este tiempo, la
principal prioridad es la seguridad de los trabajadores.
Disponibilidad de materias primas. La escasez permanente
de materias primas (áridos) es un agravante cada año más
relevante en la producción de shotcrete y por ende eleva
los costos de un proyecto, en un futuro cercano se deberá
considerar el uso de materiales de desecho disponible,
tales como arenas de relaves o material estéril, siempre
que se pueda alcanzar los requisitos de diseño y se cumpla
con las restricciones de la normativa vigente aplicables. La
disponibilidad y variedad de cementos, materiales finos
complementarios, aditivos, áridos y arenas pueden afectar al
diseño de la mezcla y su desempeño. Véase el capítulo 4 sobre
los componentes y en el capítulo 5 sobre diseño de la mezcla. El
adecuado almacenamiento y la disponibilidad de las materias
primas deben ser considerados, por ejemplo, disponiendo de
elementos para el almacenamiento de agregados, cuidando
el contenido de humedad y la protección contra el clima, etc.
espacho. El plazo de despacho desde la planta de mezclado
de hormigón o de producción con materiales predosifcados
y la forma de entrega, por ejemplo, vehículo con mezclador
o vehículo con agitador de hormigón, pueden afectar la
calidad y el desempeño final del hormigón proyectado.
Puede ser posible mitigar este problema con un diseño de
mezcla y aditivos apropiados (ver el capítulo 4). La interacción
con otras actividades debe ser considerada y el uso de las
plantas dosificadoras subterráneas puede proporcionar una
alternativa adecuada para las plantas de superficie.
Ensayos. Al especificar ciertas pruebas con el hormigón
proyectado, el usuario debe tener en cuenta el tipo y la
frecuencia de las pruebas en relación con la importancia de la
faena y la disponibilidad de instalaciones de ensayo debido
a limitaciones específicas como la lejanía. Esto puede llevar
a quien diseña a adoptar un enfoque más conservador, lo
que afectará a las especificaciones de ensayo (ver el capítulo
9). Se deben considerar sistemas de monitoreo permanente
para las aberturas o excavaciones que se mantendrán por
un plazo extendido y se espera estén sometidas a grandes
desplazamientos.
28
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Capítulo 3: Propiedades del Hormigón Proyectado - Shotcrete
3
CAPÍTULO
Propiedades del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Las propiedades del hormigón proyectado se pueden especificar
y medir utilizando los siguientes parámetros.
3.1 Docilidad
La docilidad se mide utilizando el ensayo de asentamiento
de cono y corresponde al descenso del hormigón en
estado plástico, el que se ha colocado en un cono de metal
normalizado y después de que el cono de metal ha sido
llenado, compactado y levantado verticalmente de acuerdo
a las normas correspondientes ASTM C143 o NCh 1019. La
docilidad es una magnitud que en la práctica normal del
hormigón se utiliza como un indicador aproximado de la
trabajabilidad. Para hormigón proyectado este parámetro
no debe utilizarse como un indicador de la capacidad de
bombeo o la capacidad de proyección de una mezcla. El
asentamiento de una mezcla es principalmente un indicador
de la consistencia y uniformidad en las proporciones de la
mezcla entre lotes o despachos. La magnitud absoluta del
asentamiento requerido para una mezcla de hormigón
proyectado dado no es un indicador confiable de la calidad
general o la idoneidad de esa mezcla para ser proyectada.
(en el capítulo 10 se describe el método de ensayo).
La magnitud del asentamiento requerido para una aplicación
de hormigón proyectado en particular dependerá de las
características del proyecto. En general, las mezclas de
asentamiento más bajas (60 – 100 mm) son más adecuadas
para aplicaciones en las que no se utilizan aditivos
aceleradores de fraguado y las mezclas con asentamientos
mayores (180 - 220 mm) son más adecuadas para aplicaciones
en las que si se utiliza un acelerador de fraguado. Si se
utilizan aceleradores de fraguado, el asentamiento debe
ser optimizado de acuerdo a las necesidades operacionales.
Por ejemplo, la docilidad o fluidez puede ser seleccionada
para minimizar la presión en la bomba y las pulsaciones en
la línea, optimizar la dispersión del acelerante al interior del
flujo de hormigón, garantizar la dispersión de las fibras o
asegurar que el hormigón se adhiera al sustrato y no deslice
o caiga. La adición de fibras puede reducir el asentamiento,
por lo tanto, la perdida de docilidad que normalmente se
producirá como resultado de la adición de fibras no indica
necesariamente una reducción en la capacidad global de
la mezcla en relación con las características colocación
del hormigón proyectado. El asentamiento de una mezcla
se verá afectado por la temperatura ambiente, el tiempo
transcurrido desde el mezclado, la granulometría de los
áridos (especialmente el porcentaje de finos presente
en los materiales) y los aditivos incluidos en la mezcla. La
docilidad se puede ajustar para adaptarse a los requisitos
operacionales mediante la adición de reductores de agua o
superplastificantes sin reducir la resistencia a los 28 días del
hormigón proyectado.
3.2 Resistencia a la compresión
La principal propiedad especificada para el hormigón proyectado
simple es la resistencia a la compresión. La resistencia a la
compresión es la resistencia de un material a una fuerza de
aplastamiento aplicada axialmente. La resistencia a la compresión
no confinada del hormigón endurecido es uno de los muchos
indicadores de la calidad del hormigón.
Esta resistencia debe utilizarse como un indicador de la resistencia
a la compresión de una mezcla una vez endurecida y se puede
utilizar como una medida indirecta de otras propiedades
mecánicas de la mezcla. La resistencia a compresión está solo
indirectamente relacionada con otras propiedades, tales como el
nivel de compactación, tenacidad, permeabilidad y la durabilidad,
y por lo tanto no debe ser tomada como una guía exclusiva de la
calidad del hormigón.
Es importante distinguir entre la resistencia a la compresión
del hormigón proyectado tal como se suministra antes de la
colocación en comparación con su comportamiento una vez
colocado. La resistencia de una mezcla puede verse afectada
por muchas variables durante el proceso de colocación, tales
como la temperatura, la adición de acelerante de fraguado, una
proyección y compactación deficiente o un curado inadecuado.
La resistencia de diseño del hormigón proyectado debe estar
basada en el comportamiento en obra de la mezcla ya proyectada,
y los testigos de hormigón extraídos in situ son la medida más
apropiada de esta propiedad. Sin embargo, los testigos tomados
desde una estructura requieren preparación y posterior reparación
de la misma, por lo que los testigos perforados desde un panel de
prueba de producción son un sustituto adecuado.
La resistencia a la compresión del hormigón proyectado nunca
debe ser determinada por la proyección de hormigón en moldes
cilíndricos ya que causa una excesiva recolección de rebote dentro
29
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
de los moldes. La resistencia a la compresión del hormigón previo
a la colocación se mide mejor con el uso de cilindros que son
llenados con hormigón muestreado directamente desde el punto
de descarga.
La magnitud de la diferencia de resistencia entre el hormigón
moldeado y el hormigón proyectado es un tema que debe
ser considerado en el diseño y que normalmente debería
determinarse mediante ensayos de pre-construcción. Variaciones
excesivas en la relación entre la resistencia a la compresión del
hormigón ya proyectado en comparación con las probetas
moldeadas (una caída superior al 20 %) puede ser un indicador de
impactos adversos en la calidad, por ejemplo: por una técnica de
proyección deficiente o condiciones de curado deficiente. Se tolera
generalmente una variación del 20% entre un cilindro tomado
de la mezcla de hormigón suministrado y un testigo tomado de
un panel de ensayo de hormigón proyectado usando la misma
mezcla. Esto toma en cuenta la diferencia entre los métodos de
ensayo de cilindros y los de testigos. También permite incluir el
efecto del acelerante en la mezcla. Por ejemplo, si la especificación
requiere una resistencia de 32 MPa para la estructura in situ,
entonces es recomendable especificar una resistencia en cilindro
de 40 MPa para el hormigón suministrado. Del mismo modo, una
resistencia especificada del hormigón in situ de 40 MPa requeriría
una resistencia en probeta cilíndrica de 48 MPa para el hormigón
suministrado. La diferencia en la resistencia a la compresión
entre el hormigón entregado en obra y el hormigón proyectado
será menor cuando no se use un acelerante. La resistencia a la
compresión del hormigón proyectado debe ser determinada
por extracción de testigos a diferentes edades tomados desde un
panel sobre el cual se ha proyectado el (consulte el capítulo sobre
ensayos y métodos de prueba).
No se deben hacer suposiciones acerca de la relación entre la
resistencia de los cilindros de hormigón obtenidos de la descarga
y los testigos del hormigón ya proyectado. Si se requiere de estas
relaciones, se deberían desarrollar específicamente para una faena
determinada realizando mediciones de ambas resistencias hasta
obtener una correlación. La resistencia de los testigos extraídos in
situ representa la resistencia del hormigón colocado, sin aplicar
ninguna corrección, salvo por el factor de esbeltez del testigo.
La resistencia a la compresión del hormigón es altamente
dependiente de la relación agua/cemento. La relación
agua/cemento para hormigón proyectado por vía húmeda
normalmente oscila entre 0.4 para la aplicación civil y subterránea
hasta un 0.65 para piscinas. Valores en el orden de 0.35 se pueden
conseguir fácilmente mediante el uso de reductores de agua de
alto rango. La relación de contenido de agua/cemento está dentro
del rango de 0.3 a 0.5 para hormigón proyectado en seco, pero
puede variar ampliamente debido a la incertidumbre en el control
del agua por parte del pitonero. Para hormigón proyectado de
mezcla húmeda, la resistencia a la compresión (sin acelerador)
puede oscilar entre 20 y 70 MPa a los 28 días. Los proyectos de
infraestructura normalmente especifican una resistencia mínima
sobre 30 MPa a los 28 días (ver en la tabla siguiente las resistencias
típicas en diversas aplicaciones, recomendadas por la American
Shotcrete Association de Australia).
Tabla 3.1 Resistencias recomendadas por aplicaciones (medidas en cilindros a los 28d)
3.3 Resistencia temprana
El shotcrete para soporte de rocas o suelos especialmente
en túneles debe alcanzar una resistencia mínima a una
edad temprana, a menudo dentro de las primeras horas
después de la proyección. La resistencia a edad temprana
es la resistencia del hormigón proyectado requerida a
edades menores a las especificados para hormigones
convencionales, normalmente a menos de un día. Los
testigos y cilindros son a menudo inadecuados para la
tarea de determinar la resistencia a una edad temprana.
Por esta razón existen varios métodos indirectos que
se han ideado con el fin de probar esta resistencia a
edad temprana. Un ejemplo es el penetrómetro que se
utiliza empujando una sonda o aguja en una superficie
de ensayo recién proyectada que se encuentra cerca,
pero no directamente en el sector que no cuenta con
soporte. Se debe tener el cuidado de calibrar las lecturas
del penetrómetro con valores reales de resistencia a
la compresión (los métodos disponibles para pruebas
indirectas para la estimación de la resistencia a la
compresión a edad temprana se describen en el capítulo 10).
3.4 Resistencia a la flexión
El shotcrete está solicitado en flexión en la mayoría de
sus aplicaciones, por ejemplo estabilizaciones de talud,
recubrimiento de túneles o piscinas. La resistencia a la flexión
es la resistencia de un elemento sometido a momentos
flectores. Si el comportamiento a flexión es importante, es
más apropiado medir directamente la resistencia a la flexión
del hormigón proyectado en lugar de estimar este valor
basado en relaciones entre la resistencia a la flexión y la
resistencia a la compresión.
La resistencia a la flexión de la matriz de hormigón también
se conoce como el Módulo de Rotura y corresponde a la
tracción teórica máxima que se alcanza en la fibra extrema
en tracción de una viga de ensayo bajo carga puntual. Esta
tensión se determina considerando una distribución elástica
de la tensión a través de la sección transversal de la viga.
La magnitud de la resistencia a la flexión del hormigón
proyectado es por lo general alrededor de 7 a 15% de
la resistencia a la compresión para la mezcla tanto en
húmedo como en seco y puede aumentar con la edad. La
resistencia a la flexión se mide típicamente usando una viga
cargada en los tercios y se basa en la carga alcanzada para
la formación de la primera fisura (véase la Capítulo 10). La
capacidad de carga, más allá de la primera fisura, se asocia
con la contribución el refuerzo y puede medirse utilizando
ensayos de tenacidad. Si se requiere de tenacidad debido a
30
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Capítulo 3: Propiedades del Hormigón Proyectado - Shotcrete
requisitos de soporte de carga post fisuración, puede que
no sea necesario pedir la resistencia a la flexión.
3.5 Tenacidad
La tenacidad es una medida de la resistencia del hormigón
después de la fisuración en el hormigón proyectado
reforzado con fibra. Es una propiedad relevante cuando se
espera que la estructura esté sometida a deformaciones o
desplazamiento importantes después del agrietamiento.
La tenacidad puede evaluarse en términos de la capacidad
de carga residual o capacidad de absorción de energía,
normalmente entre el inicio de la carga y una deflexión
especificada en un ensayo de viga o panel y se determina
como el área bajo la curva carga/deflexión para una probeta.
Es una propiedad que se ve afectada principalmente
por el contenido y tipo de fibra, pero también puede ser
fuertemente influenciada por la resistencia y la calidad de
la matriz de hormigón proyectado. La unidad de medida es
el Joules (Nm o KNmm ) .
En Australia y América del Norte la prueba del panel
redondo, como se describe en la norma ASTM C1550 17 , se
ha convertido en el método de prueba más común para
medir la tenacidad del hormigón proyectado reforzado
con fibras. En otras partes del mundo, especialmente en
Europa occidental, se utiliza principalmente la Norma
Europea EN 14488-3 18 para vigas o la EN 14488-5 18 para
paneles (estos ensayos se conocían con anterioridad
como los ensayos de vigas y de paneles de EFNARC).
Existe evidencia de correlaciones útiles entre los valores
de tenacidad y absorción de energía usando los diversos
métodos de ensayo, siempre que el espesor de las probetas
sea el mismo (Bernard 19 ).
El sistema de calidad de la roca “Q” de uso general para la
determinación empírica de soporte en roca se actualizó
en 2002 para incluir valores de tenacidad, según ensayos
en panel EN 14488-5 para hormigón proyectado reforzado
con fibras utilizados en los revestimientos (Grimstad y
Barton 12 ).
Los valores de tenacidad necesarios para un proyecto
dependen de los requisitos de la aplicación de que se trate,
y los valores y método de ensayo adecuado deben ser
especificados por un ingeniero o experto geomecánico.
En aplicaciones de minería, donde no solo se permiten
deformaciones y anchos de fisura importantes, sino que
a veces es visto como un indicador de la conveniencia
económica del sistema de soporte, es una práctica
común el especificar el comportamiento en términos de
resistencia a partir de pruebas de panel. Por el contrario,
en aplicaciones civiles, debido a la necesidad de mantener
los anchos de fisura en un mínimo para asegurar
durabilidad, los valores de las tensiones de diseño se
definen para los anchos de fisuración relativamente bajos
de las pruebas de absorción en vigas. Los valores mínimos
típicos especificados en aplicaciones de minería se listan
en la tabla 3.2 y para aplicaciones civiles de la tabla 3.3,
ambas experiencias recomendadas por la ASA (American
Shotcrete Association) y a Asociación de Shotcrete de
Australia.
Tabla 3.2 Tenacidad recomendada en minería
Tabla 3.3 Tenacidad recomendada en obras civiles
3.6 Densidad (masa / unidad de volumen)
La densidad (masa / unidad de volumen) es un indicador
de la calidad del hormigón proyectado, su densidad normal
suele estar entre 2.200 y 2.400 kg/m3. Sin embargo, la
densidad no es un buen indicador del nivel de compactación
a menos que se disponga de datos históricos para un
diseño de la mezcla específico. Las variaciones se producen
como resultado de cambios en el diseño de la mezcla,
de la selección de los áridos, su forma y su densidad y de
variaciones en la compactación del hormigón proyectado.
La variación relativa entre la densidad del hormigón ya
proyectado en comparación con la densidad de probetas
moldeadas del mismo hormigón proporciona una indicación
de la calidad de la proyección y debiera ser mayor a 98%.
El efecto de una compactación insuficiente del hormigón
proyectado puede ser una reducción significativa en la
resistencia a la compresión y a la flexión (aproximadamente
4% por cada 1% de contenido de vacios). Una compactación
inadecuada se refleja en una baja de la densidad del
hormigón colocado comparada con la densidad del
hormigón medida en probeta moldeada.
3.7 Módulo de elasticidad
El módulo de elasticidad (Ec), a menudo llamado Módulo de
Young, es una medida de la rigidez mecánica del hormigón
proyectado. El módulo de elasticidad en general se sitúa
entre 25-30 GPa a una edad de 1 año.
El hormigón proyectado con acelerante es generalmente
menos rígido que el hormigón proyectado que no tiene
acelerante. El módulo de elasticidad se ve afectado por el tipo
de agregado grueso utilizado en una mezcla, pero es difícil de
controlar y, por tanto, rara vez se especifica en aplicaciones de
hormigón proyectado.
31
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
3.8 Retracción por secado
La retracción por secado del hormigón no restringido, es
una medida de la reducción en su longitud, a lo largo de
una dimensión lineal, cuando se reduce su contenido de
humedad. La retracción restringida de un material será
menor que la retracción por secado no restringida, pero la
relación entre los dos parámetros es compleja. La retracción
por secado del hormigón proyectado varía con el contenido
de agua, el tipo y tamaño de los agregados y las proporciones
de la mezcla. La alta retracción por secado experimentada
por el hormigón proyectado comparado con un hormigón
normal de bajo asentamiento puede requerir de juntas de
control más cercanas.
3.9 Fluencia lenta (Creep)
La fluencia lenta es la deformación en el tiempo de un
material bajo carga. La deformación por fluencia lenta
sufrida por un material se expresa comúnmente como una
proporción respecto a la deformación unitaria a corto plazo
producto de la deformación elástica. Este multiplicador se
denomina “coeficiente de fluencia lenta”. La fluencia lenta en
flexión del hormigón proyectado no está necesariamente
relacionada con la fluencia del mismo material sometido a
compresión, especialmente después que se ha producido
la fisuración. Existe limitada información disponible sobre la
tasa de fluencia lenta en flexión del hormigón proyectado
reforzado con fibras después de la fisuración (Bernard 20
;McKay y Trottier 21 ).
Para una mezcla de hormigón proyectado bien diseñada,
con una razón agua/cemento baja, se puede esperar una
deformación por fluencia lenta similar a la exhibida por
hormigones tradicionales de buena calidad. Cuando el
contenido de agua es alto, la deformación por fluencia lenta
bajo un determinado nivel de tensión también será mayor. El
coeficiente de fluencia lenta de un hormigón proyectado será
mayor que el de un hormigón moldeado debido al mayor
contenido de pasta.
3.10 Coeficiente de expansión térmica
El coeficiente de expansión térmica es la magnitud en la que
el hormigón se expande o se contrae cuando la temperatura
aumenta o disminuye. El valor del coeficiente de expansión
térmica generalmente se requiere para realizar cálculos de
control de grietas, en particular para aplicaciones a altas
temperaturas (por ejemplo, revestimientos refractarios).
Normalmente se adopta una estimación de 11 μstrain/ºC
(Australia), tanto para hormigón proyectado como para
hormigón convencional. El coeficiente de expansión
térmica del hormigón varía directamente con el coeficiente
de expansión térmica del agregado grueso y depende del
contenido de sílice (cuanto mayor es el contenido de sílice,
mayor es el coeficiente de expansión térmica del agregado,
Neville 22 ).
3.11 Durabilidad
3.11.1 Generalidades
El término durabilidad describe la capacidad del hormigón
proyectado para resistir las influencias agresivas dentro del
entorno de servicio a que está expuesto. Las influencias
agresivas pueden incluir el clima, las temperaturas extremas,
el agua de mar, el contacto con productos químicos o
el impacto y la abrasión. El shotcrete puede exhibir una
durabilidad comparable al hormigón convencional, por lo
que la mayoría de las consideraciones de durabilidad y los
ensayos que se aplican al hormigón convencional también se
aplican al hormigón proyectado.
El uso de altas dosis de acelerante en hormigón proyectado
puede ser perjudicial para la durabilidad si no se toma en
consideración en el diseño de la mezcla, pero puede ser
beneficioso para reducir los efectos de los ciclos de hielo y
deshielo. La resistencia del hormigón proyectado por vía
seca frente al ciclo hielo/deshielo puede ser mayor que la
del hormigón proyectado por vía húmeda si se mantienen
bajos niveles de relación agua/cemento. La incorporación de
un agente incorporador de aire en el hormigón proyectado
húmedo puede reducir esta diferencia de comportamiento,
pero una gran cantidad del aire presente durante la mezcla
se pierde en el proceso de proyección (por ejemplo, de 18 %
de contenido de aire inicial este se puede reducir a solo un 6
% en el hormigón colocado después de proyección, Beaupre
et. al. 23 ).
3.11.2 Contenido de cloruro y sulfato
Los cloruros pueden estar presentes en el hormigón proyectado
si se han incorporado a la mezcla a través del uso de agregado
contaminado, agua de mar, agua salobre, o por aditivos que
contienen cloruros. Las principales preocupaciones debido a la
presencia de iones de cloruro en el hormigón proyectado son los
efectos adversos sobre la corrosión de los refuerzos de acero y el
aumento de la retracción por secado.
Un elevado nivel de sulfatos puede estar presente en el hormigón
proyectado proveniente de la composición de sus materiales
componentes (es decir, del cemento, áridos, aditivos y agua).
Los efectos adversos más frecuentes en hormigón proyectado,
debido a la presencia de altos niveles de sulfatos, están en la
solidez de la matriz de hormigón, los tiempos de fraguado y en
la resistencia a edades tardías.
3.11.3 Permeabilidad del shotcrete
La permeabilidad del hormigón es una medida de su
resistencia al paso de gases o líquidos. Desafortunadamente, la
permeabilidad es difícil de medir directamente, por lo tanto, se
utilizan parámetros como la profundidad de penetración de agua
a través de una muestra de hormigón después de un período
dado de exposición para indicar la permeabilidad relativa. La
profundidad de penetración de agua a través del hormigón
32
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Capítulo 3: Propiedades del Hormigón Proyectado - Shotcrete
proyectado se puede determinar de acuerdo con la norma DIN
1048 Parte 5 o de NCh 2262. La profundidad de penetración
máxima permitida para diversas condiciones de exposición
puede variar entre 30 y 50 mm, pero debe considerarse que
la variabilidad normal en este parámetro para las muestras así
preparadas es de aproximadamente 15 a 20mm de profundidad
de penetración. (ver capítulo de ensayos)
3.11.4 Absorción de agua y ensayos de compactación
La absorción del hormigón es la cantidad de agua (u otro
líquido), que el hormigón absorbe a través de los vacíos y
poros cuando se sumerge en dicho líquido. Por consiguiente,
la capacidad de absorción del hormigón proyectado es una
medida indirecta del volumen de vacíos en el material. Se
pueden realizar diversas pruebas en relación con el contenido
de huecos en el hormigón proyectado, y es posible también
especificar los valores máximos (por ejemplo, el volumen
aparente máximo de vacíos permeables o la máxima tasa de
absorción en agua hirviendo). Estas pruebas se especifican a
menudo en hormigón proyectado para comprobar el grado
de compactación in situ. Por lo general, se realizan en testigos
extraídos de paneles de prueba.
El nivel de compactación conseguido también se puede
medir como la diferencia relativa de densidad del hormigón
proyectado en comparación con la densidad del hormigón
en probeta modelada.
3.11.5 Reactividad álcali-sílice (ASR)
Esta reacción ocurre normalmente entre los constituyentes de
sílice reactiva dentro del agregado y los álcalis en el cemento,
y también se conoce como reactividad álcali-agregado (AAR).
La reacción se inicia con un ataque a los minerales silíceos en
el agregado por hidróxidos alcalinos en el agua intersticial
derivado de álcalis que pueden haberse originado desde el
interior del hormigón, a través de Na 2
O y K 2
O en el cemento
o externamente por alguna otra fuente. Esto se traduce en un
gel de álcali-sílice que se forma, ya sea en planos de debilidad
o poros en el agregado (donde este presente la sílice
reactiva), o en la superficie de las partículas de agregado. Esto
puede afectar la adherencia entre el agregado y la pasta de
cemento hidratada circundante. El “gel” se embebe de agua
y puede hincharse causando la expansión y la fracturación
del agregado y posiblemente la fisuración del hormigón.
Esta reacción sólo tiene lugar con la presencia de humedad.
El cemento con adiciones como el usado normalmente en
nuestro país ha probado ser un medio eficaz de reducir la
expansión asociadas a este fenómeno.
3.11.6 Aguas ácidas
El deterioro del hormigón por efecto de aguas ácidas
(pH 6 o menor) y ácidos en general es principalmente el
resultado de la reacción entre los ácidos y el hidróxido de
calcio en el cemento hidratado. En la mayoría de los casos,
la reacción produce compuestos solubles de calcio. Los
cementos con adiciones presentan generalmente un mejor
comportamiento frente a este ataque. Sin embargo, se debe
tener presente que ningún cemento, independiente de
su composición, es capaz de soportar por mucho tiempo
ataques de ácidos con pH 3 o inferior y que en estos casos
se requiere el uso de barreras especiales de protección (ACI
201). Se debe considerar que el valor del pH del agua no es
el único parámetro que determina el ataque de los ácidos,
la velocidad de difusión y la permeabilidad del hormigón
también son importantes, especialmente si está acción se
produce bajo presión.
3.12 Unión al sustrato
La resistencia de la unión entre una capa de hormigón
proyectado y un sustrato subyacente depende de muchas
variables, incluyendo el tipo y la condición del sustrato.
Diferentes materiales presentan amplia diferencia en su
capacidad de adherencia. La superficie a proyectar debe
estar limpia y sin residuos para maximizar el desarrollo
de la adherencia Se ha observado que la preparación por
hidrolavado promueve una mayor capacidad de adherencia
(Clements et al 25 ) en tanto que, en algunas aplicaciones,
el uso de un agente promotor de adherencia también
puede mejorar esta capacidad. No se conoce mucho sobre
el desarrollo de la resistencia a la adherencia a edades
tempranas, pero podemos obtener más información sobre
este tema en Bernard [26] .
Debido al carácter indeterminado de la mayoría de los
sustratos se debe evitar el especificar la resistencia de
adherencia mínima entre el hormigón proyectado y un
sustrato subyacente. Es más racional el especificar un
método de preparación de la superficie que maximice las
oportunidades de desarrollo de adherencia del hormigón
proyectado con el sustrato.
A nivel internacional, se puede recomendar el método de
prueba de adherencia de EFNARC. Una prueba simple para
examinar la existencia de cualquier variación de adherencia
es la prueba de golpes con un martillo sobre el hormigón,
usado como como método de auscultación. (ver el capítulo
de ensayos). Se debe tener presente que la adherencia de un
revestimiento de hormigón con un sustrato que se deforma
se reducirá a cero en el tiempo, por lo que se suelen utilizar
en estas situaciones pernos entre el revestimiento y el
sustrato. Debido a las razones anteriores rara vez se especifica
la adherencia.
33
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
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Capítulo 4: Materiales Constituyentes
4
CAPÍTULO
Materiales Constituyentes
El hormigón proyectado está constituido por cemento, árido
fino (arena) y árido grueso (hasta 10mm), agua, aditivos y
eventualmente adiciones finas complementarias tales como
la microsílice. La relación a/c, que corresponde a la masa de
agua dividida por la masa total de cemento en la mezcla
de hormigón proyectado, es un parámetro importante,
especialmente en las especificaciones tradicionales de
durabilidad del hormigón, aun cuando su uso en nuestro país
se está abandonando en favor de mediciones directas de la
permeabilidad del hormigón.
4.1 Cemento
El cemento normalmente utilizado en nuestro país para
hormigón proyectado es el cemento portland puzolánico o
portland siderúrgico de alta resistencia, el que debe cumplir
con la norma NCh148.
4.2 Materiales finos complementarios
4.2.1 Microsílice
4.3 Áridos
Los agregados deben cumplir con la norma NCh163. Cada
árido individual en la mezcla debe tener una clasificación de
acuerdo con la granulometría recomendada por el proveedor
o el comprador. Las granulometrías fuera de NCh163 se
pueden utilizar si se demuestra que su uso en el shotcrete
permite lograr el comportamiento requerido. Generalmente
el uso de arenas más finas en el shotcrete resulta en una
mayor retracción, mientras que el uso de arenas gruesas
generalmente resulta en aumento del rebote. En el capítulo
5 se puede encontrar granulometrías o bandas combinadas
para shotcrete recomendadas por ACI, EFNARC y la norma
Austriaca.
Es necesario que los áridos propuestos para ser usados en
shotcrete hayan sido previamente ensayados para determinar
sus propiedades de acuerdo a las normas Chilenas u otras
normas pertinentes antes de aceptar su uso. En la tabla 4.1
se indican los principales requisitos establecidos en la norma
NCh163.
Tabla 4.1 Requisitos para áridos (Características Físicas y Químicas).
La microsílice o humo de sílice (silica fume) es una forma de
sílice amorfa. Es un material finamente dividido que se puede
añadir al hormigón proyectado para mejorar o lograr ciertas
propiedades en estado fresco y/o endurecido. Losbeneficios
del uso de humo de sílice en el hormigón proyectado
incluyen: una mayor durabilidad incluyendo la reducción de
la permeabilidad debido al menor tamaño de partícula, el
que es significativamente más pequeño que una partícula de
cemento; la reducción del rebote; mejora de la adherencia a
los sustratos; mejora en la capacidad de bombeo, reduciendo
el desgaste en la bomba y la boquilla; y mejora en la cohesión
de la mezcla lo que permite la proyección de shotcrete de
capas más gruesas. Una dosis típica de humo de sílice en
el hormigón proyectado generalmente oscila entre 5% a
10% en peso con respecto al cemento, pero se recomienda
consultar la opinión de un especialista para determinar los
niveles adecuados a una aplicación específica.
35
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
4.4 Agua de mezclado
La calidad del agua de mezclado puede tener un efecto
significativo en el comportamiento del hormigón proyectado.
El agua de amasado debe ser obtenida a partir de una fuente
de calidad aceptable que cumpla con la norma NCh1498,
idealmente agua potable, si es posible. Si el agua potable no
estádisponible, se necesitan más pruebas para determinar su
idoneidad.
Los requisitos de la norma NCh1498 se indican a continuación
en Tabla 4.2, Requisitos químicos básicos y Tabla 4.3 Requisitos
químicos complementarios.
Se sabe que contenidos de sólidos disueltos superiores a
3000 ppm pueden afectar al comportamiento del hormigón
proyectado y su durabilidad. Cuando sea necesario, de debe
utilizar agua refrigerada o calentada para ajustar o controlar
la temperatura del hormigón durante el mezclado.
Tabla 4.2 Requisitos químicos básicos del agua de amasado.
en una mezcla de hormigón proyectado, se debe probar
su compatibilidad antes de su uso, para evitar efectos no
deseados o, alternativamente, los fabricantes de los aditivos
deben certificar la idoneidad de la secuencia propuesta y su
compatibilidad. Estas verificaciones deberán efectuarse en
las pruebas de aptitud o previamente a éstas.
Los aceleradores de fraguado de hormigón proyectado y
otros aditivos, que se añaden al hormigón proyectado en la
boquilla, deben ser abastecidos a la mezcla por algún sistema
mecánico calibrado en dosis que no excedan el máximo
recomendado por el fabricante o por el proyecto.
Es necesario tener presente que la readición de aditivo a la
mezcla tienen una efectividad decreciente a medida que la
edad de la mezcla aumenta.
Las condiciones de almacenamiento y mantención en
terreno de los aditivos deben ser las que especifique el
proveedor, en general se recomienda su almacenamiento en
un espacio cerrado (contenedor o similar), que disponga de
una temperatura de 5° a 25°C, controlada. Todos los aditivos
deben estar rotulados con su número de lote visible y se debe
llevar control de su vencimiento.
Existen cuatro categorías principales de aditivos químicos
para hormigón proyectado, los que se enumeran a
continuación y se utilizan para mejorar algunos aspectos
del comportamiento del hormigón proyectado, tales como
la capacidad de bombeo, el control del fraguado y de la
hidratación y la resistencia.
Tabla 4.3 Requisitos químicos complementarios del agua de amasado.
4.5 Aditivos químicos
Los aditivos químicos y su uso debe cumplir con la norma
NCh2182 (ciertas características de los aditivos no están
consideradas en las normas Chilenas, en ese caso es
recomendable considerar normas ASTM o UNE como
referencia).
Los ensayos para verificar el cumplimiento de requisitos de
desempeño se deben realizar con una mezcla de prueba o
con la dosificación de la mezcla de diseño del proyecto. El
resultado de un ensayo realizado en el shotcrete que contiene
el aditivo (mezcla de prueba) se compara con el resultado
del mismo ensayo del shotcrete sin aditivo (mezcla patrón o
panel nulo). La dosis de aditivo en la mezcla patrón debe ser
la recomendada por el fabricante.
Cuando se proponen dos o más aditivos para su incorporación
4.5.1 Reductores de agua de bajo rango.
Los reductores de agua se utilizan para mejorar la
trabajabilidad y/o reducir la relación agua/cemento. Pueden
tener otros efectos como un retraso en el inicio de fraguado
y puede ser necesaria la opinión de un experto y/o ensayos
para verificar este comportamiento. Hay que advertir que el
ajuste de la mezcla puede ser demoroso. Se debe consultar
las recomendaciones del fabricante para obtener detalles
específicos y para realizar en conjunto los ensayos que se
puedan requerir.
4.5.2 - Reductores de agua de alto rango
(hiperplastificantes).
Los reductores de agua de alto rango y su uso no están
incluidos en la norma NCh2182, por tanto queda a criterio
del proveedor y la constructora la realización de los ensayos
de aptitud, compatibilidad y desempeño. Los reductores de
agua de alto rango se utilizan para aumentar la resistencia
final, por su manejo en bajas relaciones de agua/cemento,
o para aumentar considerablemente la trabajabilidad de
una mezcla sin perder resistencia. El desarrollo tecnológico
ha permitido disponer de aditivos plástificantes de alto
rango que permiten usar razones agua/cemento muy
inferiores a las corrientes, logrando mayores resistencias,
36
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Capítulo 4: Materiales Constituyentes
mayor trabajabilidad y una mejor bombeabilidad. Los
hiperplastificantes normalmente sólo se añaden al hormigón
proyectado por vía húmeda. Las dosis, dependiendo del
tipo de hiperplástificante, generalmente varían de 0.5 % a
2 % en peso del cemento (siempre es necesario respetar las
indicaciones del fabricante al respecto).
4.5.3 Aditivo controlador de hidratación.
El hormigón que requiere ser transportado a distancias
considerables o mantenido en un estado plástico por un
número de horas o días, requiere la adición de aditivos
especiales para mantener la trabajabilidad adecuada. El
proceso de hidratación del cemento ocasiona una rápida
reducción de la trabajabilidad debido a la formación de
cristales de silicato de calcio hidratado, los que se entrelazan.
Para evitar este proceso, se puede incorporar un aditivo
de control de hidratación, comúnmente conocido como
un “estabilizador”, el cual cubre los granos de cemento y
detiene temporalmente el proceso normal de hidratación.
La extensión de tiempo que se logra antes del inicio de
fraguado se determina por la dosis de aditivo utilizada. La
hidratación del hormigón proyectado puede ser reactivada
con adición de un acelerante de fraguado.
La pérdida de asentamiento se puede seguir produciendo
aun con el uso de un aditivo estabilizador. El hormigón debe
remezclarse durante un período de tiempo suficiente antes
de su uso para superar la posible segregación que puede
ocurrir mientras estuvo en reposo.
4.5.4 Acelerantes.
Los acelerantes se utilizan principalmente para ayudar a la
colocación del hormigón proyectado mediante la aceleración
del fraguado normal de la mezcla y también pueden
acelerar el desarrollo de resistencia inicial. La sobredosis de
un acelerador del fraguado puede retardar la velocidad de
desarrollo de la resistencia y comprometer la durabilidad del
hormigón, por lo que se deben respetar las recomendaciones
del fabricante.
Entre las ventajas de la utilización de aceleradores de
hormigón proyectado se incluyen importantes reducciones
en el desprendimiento y deslizamiento del material
proyectado además del aumento de los espesores de capa,
especialmente en proyecciones sobre cabeza, y el aumento de
velocidad de la construcción. Los aceleradores de hormigón
proyectado deben ser tipo álkali-free y no cáustico. Este tipo
de acelerador tiene aproximadamente un pH 3 y permite
un entorno de trabajo más seguro para los operadores de
hormigón proyectado en comparación con los acelerantes
más antiguos cuyo pH estaba en el rango de 11 a 13.
Los aceleradores de hormigón proyectado pueden reducir
la resistencia del hormigón a largo plazo en comparación
con una mezcla sin acelerante. La reducción de resistencia
se produce a medida que aumenta la dosis, por lo tanto es
importante disponer de los datos de ensayo del acelerante
y controlar las dosis máximas, en especial el uso que los
operadores hacen del mismo. Las dosis varían generalmente
de 3% a 8% en peso del cemento. Los aceleradores se
suministran normalmente en forma líquida aunque también
están disponibles en forma de polvo.
Los aceleradores de fraguado para hormigón proyectado no
se deben confundir con los aceleradores de hidratación de
uso común para hormigón colado en sitio. Las dos clases de
acelerador comprenden claramente diferentes grupos
de productos químicos con diferentes vías de reacción y
diferentes efectos sobre la velocidad de fraguado, hidratación
y sobre la durabilidad de la matriz de hormigón, y en algunas
ocasiones sobre la corrosión del acero de refuerzo.
Los aceleradores para hormigón moldeado promueven
un aumento en la velocidad de hidratación de los silicatos
de calcio. Los acelerantes para hormigón proyectado
promueven un fraguado rápido mediante generación de
cristales de etringita o promoviendo la rigidización a través
de la formación de gel entre las partículas de cemento que se
encuentran en suspensión dentro de la pasta. La formación
de cristales de etringita o gel puede ser muy rápida haciendo
que el shotcrete rigidice rápidamente.
Los aceleradores de fraguado se añaden al hormigón en
la tobera o en la manguera de distribución de hormigón
proyectado por vía húmeda y se añaden en el recipiente o la
boquilla para hormigón proyectado por vía seca.
37
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Tabla 4.4 Acelerantes para uso en hormigón normal y hormigón proyectado - shotcrete
La tabla 4.4 incluye una lista de acelerantes químicos
disponibles para hormigón moldeado y para hormigón
proyectado.
Los acelerantes más modernos del tipo libre de álcalis (alkalifree)
se ubican en las últimas dos líneas de la tabla 4.4. Se
denominan “libre de álcali” porque carecen de iones alcalinos
(ya sea de sodio Na+ o potasio K+). Todos los aceleradores de
hormigón proyectado del tipo alcalino son peligrosos debido
a las quemaduras cáusticas que podrían causar en la piel, los
pulmones y especialmente en los ojos. Estos aceleradores de
fraguado alcalinos han sido en Chile de uso frecuente pero
existe la tendencia a reemplazarlos por los de tipo libre de
álcalis, en concordancia con la práctica internacional.
Los acelerantes usados normalmente en hormigón moldeado
no son lo suficientemente rápidos para promover una
adecuada rigidización del shotcrete para aplicaciones sobre
cabeza. Ellos se aplican normalmente en el mezclador y les
toma aproximadamente una hora antes de incrementar la
velocidad de hidratación.
Se debe tener presente que tanto los acelerantes basados
en aluminato de calcio y los basados en sulfato de aluminio
promueven la rápida formación de cristales de etringita
como el mecanismo de refuerzo en hormigón proyectado
a edades tempranas. Este producto de hidratación puede
comprometer la durabilidad de la matriz de hormigón contra
ataque de los sulfatos y por lo tanto se debe utilizar la cantidad
mínima de acelerante de fraguado necesaria para adaptarse a
las necesidades operacionales.
4.5.5 Otros aditivos
Sílice Coloidal/ Nanosilice
La sílice coloidal/ nanosílice es una forma de sílice amorfa
y sintética, de tamaño nanométrico, que presenta una alta
superficie específica (pudiendo ser hasta diez veces mayor
que la superficie específica del humo de sílice o microsílice). La
sílice coloidal/ nanosílice se presenta en forma líquida siendo
partículas esféricas, no porosas, que no están aglomeradas y
las cuales están dispersas generalmente en agua.
Debido a su efecto modificador de la reología del
hormigón, la sílice coloidal/ nanosílice por su tamaño
nanométrico (<50 nanómetros) de partícula y a la alta
superficie específica inducida, genera un notable aumento
de la cohesión de la mezcla, reduciendo de esta manera el
riesgo de segregación y/o exudación de la misma en su
estado fresco, permitiendo además mejorar la capacidad de
bombeo, reducir significativamente el rebote y aumentar el
espesor de capa proyectado por pasada.
Debido al efecto de relleno de la matriz cementicia por la
incorporación de partículas nanométricas, la adición de
sílice coloidal/ nanosilice disminuye la permeabilidad del
hormigón aumentando la durabilidad del mismo.
Debido a su carácter puzolánico la sílice coloidal/ nanosilice
mejora el desarrollo de resistencias, ya que tiene un
alto contenido de SiO 2
. Este aumento de resistencias es
especialmente significativo a edades tempranas (por
ejemplo a menos de 24 horas).
38
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Capítulo 4: Materiales constituyentes
La dosis recomendada de sílice coloidal/ nanosilice es
variable según la aplicación, requisitos y tipo de nanosilice,
estando la dosis generalmente entre 0,5% a 1,5% del peso
de cemento.
4.6 Fibras de refuerzo
Concepto: “Filamento alargado y esbelto en forma de
manojo, malla o hebra de material natural o manufacturado
que puede ser distribuido a través del hormigón fresco”.
ASTM C 1116. La misma norma clasifica las fibras para
hormigón y uso en shotcrete de acuerdo al tipo de material.
Tipo I: Fibras de acero (inoxidable, de aleación, o al carbón).
Tipo II: Fibras de vidrio (pueden sufrir el ataque de los
álcalis, a menos que sean especialmente producidas como
resistentes a estos).
Tipo III: Fibras sintéticas (polipropileno de homopolímero
virgen, otros materiales deben poseer historial de
durabilidad).
Las fibras suelen ser cortas (hasta 65 mm de largo) y
delgadas (menos de 1 mm de diámetro) por lo general de
gran capacidad a la tracción. Las fibras pueden añadirse
para mejorar la resistencia al impacto, o controlar la
retracción, pero su función principal es proporcionar
capacidad de carga después de la fisuración del hormigón
proyectado, para lo cual se utiliza macro fibras ya sea de
acero o sintéticas. Las fibras generalmente no aumentan la
resistencia a la tracción o resistencia a la flexión de la matriz
de hormigón cuando se usan dosificaciones normales.
Dentro de los beneficios de las fibras en comparación con el
uso del refuerzo de malla de acero se incluye una distribución
más uniforme del refuerzo a lo largo del hormigón
proyectado, resulta más económico en términos generales,
reduce el rebote y mejora la compactación. El hormigón
proyectado con Fibra (FRS) también pueden seguir el perfil
irregular sobre la roca, esto le otorga más eficiencia que el
refuerzo con malla. También se evita la vibración de la malla
que puede conducir a una pérdida de unión con el sustrato.
La logística también se puede simplificar en comparación
con el refuerzo de malla debido a mejoras en la aplicación,
la seguridad y la productividad del proyecto.
estructural (acero y macro fibras sintéticas) y no estructural
(micro fibras sintéticas).
El comportamiento de la fibra post-fisura estructural
debe especificarse en términos de la tenacidad. Las micro
fibras sintéticas generalmente se usan sólo para controlar
el agrietamiento por retracción plástica, pero también
son útiles para reducir el rebote. Además contribuyen
a la liberación de gases y a reducir el desconche del
hormigón proyectado cuando se somete a cargas de fuego.
La dosificación de micro fibras sintéticas se encuentra
generalmente en aproximadamente 1 a 2 kg/m 3 de
hormigón proyectado.
Aunque se recomienda que no se especifique el recuento
de fibras, la verificación de la adición real de la fibra se
puede basar en un ensayo de recuento de fibras. Sin
embargo, este es un ensayo poco confiable debido a la mala
distribución de las fibras en muestras pequeñas. El recuento
de las fibras se puede hacer mediante un ensayo de lavado
del hormigón proyectado con fibras en vía húmeda o por
recuento de las fibras en testigos triturados o probetas (este
último solo para fibras metálicas). Estos métodos de ensayo
serán descritos en el capítulo de ensayos.
Las siguientes figuras corresponden a tipos de fibras
utilizados en diversas aplicaciones de hormigón proyectado
con fibras (FRS).
Figura 4.1 Fibra de acero de extremo aplanado.
Las características de las fibras que afectan al
comportamiento del hormigón proyectado son: la relación
de aspecto (longitud total respecto al diámetro), resistencia
a la tracción y la forma y dosis (kg/m 3 de hormigón
proyectado). Sin embargo, si el comportamiento posterior
a la fisura del hormigón proyectado es relevante, entonces
el criterio principal que se debe especificar es la tenacidad.
Los materiales típicos de refuerzo de fibra son alambre
de acero, láminas de acero cortadas o polipropileno
(monofilamento o fibrilado). Los materiales menos comunes
que se utilizan para las fibras son el nylon, el vidrio y el
carbono. Las fibras en general se pueden clasificar como
Figura 4.2 Microfibras sintéticas (de especial uso en hormigón proyectado para la protección
de incendios).
39
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
4.8 Malla de acero o armadura
Al igual que en el hormigón convencional el refuerzo de acero
se utiliza en situaciones donde se requiere que el hormigón
proyectado resista esfuerzos de tracción. La cantidad de
armadura necesaria para fines estructurales se debe calcular
de acuerdo con los códigos de diseño correspondientes.
El tamaño de malla recomendado para cualquier calibre
de barra es de un mínimo de 50x50 mm o 100x100 mm de
espaciado de la cuadrícula o superior. De debe tener presente
que se obtiene una estructura más robusta cuando el acero
de refuerzo está diseñado y colocado para causar la menor
interferencia con la colocación del hormigón. Se deben usar
diámetros de barra reducidos para ayudar al encapsulamiento
con el hormigón, siendo normalmente 16 mm el diámetro
máximo.
Cuando se requieren barras de mayor diámetro, se debe
tomar un cuidado especial en envolver la barra con el
hormigón proyectado. El refuerzo debe ser apoyado y se
debe mantener alejado de la superficie a proyectar a una
distancia mínima de 25 mm, pero siempre de acuerdo con los
requisitos especificados para el recubrimiento en los planos
de diseño.
Para evitar la vibración de las barras de acero durante
la proyección del hormigón estas deben ser amarradas
rígidamente en su lugar.
Figura 4.3 Aplicación de shotcrete sobre malla.
40
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Capítulo 5: Diseño de la Mezcla
5
CAPÍTULO
Diseño de la Mezcla
5.1 Generalidades
Muchos de los principios de la tecnología del hormigón
convencional se pueden aplicar a la elaboración de la
mezcla de hormigón proyectado, particularmente al
hormigón por vía húmeda. Las principales diferencias
entre el hormigón convencional y el hormigón
proyectado son la granulometría del árido, el contenido
de cemento, método de transporte y colocación y
la selección de aditivos. El proceso de diseño de la
mezcla necesita considerar, pero no está limitada a, los
siguientes aspectos:
• Proyección - la mezcla debe ser capaz de ser transportada y
colocada con el mínimo de rebote. Las aplicaciones pueden
ser superficies horizontales, verticales o sobre la cabeza.
• Resistencia – debe satisfacer los requisitos de resistencia
temprana y a largo plazo dependiendo de la aplicación. Se
debe tener en cuenta el efecto del acelerante de fraguado
en las resistencias a largo plazo.
• Compactación - la mezcla debe ser capaz de ser
compactada, para formar un material homogéneo y denso.
El diseño y prueba de una mezcla de hormigón proyectado
debe basarse en las condiciones previstas que prevalecerán
en el sitio para que en estas condiciones, con el método
de aplicación y los operadores propuestos, se logre un
hormigón proyectado de la calidad especificada. Hay dos
enfoques generales para las especificaciones, el basado en
el desempeño y el enfoque prescriptivo.
> Las especificaciones prescriptivas se enfocan en detalles
de cómo el hormigón proyectado debe ser dosificado,
producido y colocado, pero rara vez incluyen la evaluación
de las propiedades del producto final. Este enfoque
desalienta la innovación al limitar la capacidad de un
contratista para utilizar las nuevas tecnologías y métodos
de aplicación para lograr el resultado deseado con mayor
eficacia. También puede promover malas prácticas al
omitir la obligación de demostrar que el comportamiento
del hormigón proyectado es satisfactorio.
>
Las especificaciones basadas en el desempeño
se centran en producir en terreno un hormigón
proyectado que tenga un nivel mínimo de desempeño
que cumple con los requisitos establecidos en el
diseño. Los detalles de cómo se logra esto se dejan
al contratista, por lo que se le anima a buscar los
medios más eficaces y económicos para satisfacer los
niveles mínimos de desempeño especificados. Esto
a menudo incluye una evaluación crítica de todos los
aspectos de la producción y la colocación que pueda
ayudar en la erradicación de prácticas deficientes.
Las especificaciones normalmente están adaptadas
para el sitio de aplicación y el tipo de estructura de
que se trate (por ejemplo piscinas o túneles). Quien
especifica debiera tener cuidado de no especificar
innecesariamente altos niveles de comportamiento
cuando ellos no son necesarios ya que el resultado será
un hormigón proyectado de mayor costo.
5.2 Hormigón proyectado por vía húmeda
Para grandes obras de infraestructura, el diseño y prueba de
una mezcla de hormigón proyectado se realiza normalmente
en dos etapas. La primera consiste en el diseño de la mezcla
base. La segunda es la prueba de las mezclas de hormigón
proyectado sobre paneles. La mezcla base de prueba incluye
los materiales y la dosificación propuesta para la mezcla,
todos los aditivos, incluidos los añadidos en la boquilla y
las fibras consideradas junto a sus dosificaciones en caso de
estar especificadas.
La elección de las proporciones de los materiales en la
mezcla para la proyección de hormigón de grandes obras
de infraestructura se basa por lo general en la resistencia
especificada a la compresión, límites al asentamiento,
densidad, resistencia a la flexión o tenacidad, retracción
por secado, permeabilidad, durabilidad (incluyendo las
clasificaciones del grado de exposición cuando se requiera)
y la aplicación en terreno. Las mezclas bombeables
normalmente contienen un mayor porcentaje de arena/finos
para la lubricación y para eliminar la segregación.
La elección de la mezcla de áridos de manera que se adapten
a bandas de áridos combinados que han demostrado
previamente un buen comportamiento puede acortar el
proceso, aumentando la probabilidad de llegar a un diseño
satisfactorio de la mezcla. Las granulometrías fuera de las
bandas que se muestran en la Tabla 5.1 se pueden usar si
se demuestra en pruebas previas a la construcción que han
dado un resultado positivo o si existen resultados previos
que avalan el uso de una granulometría combinada distinta.
41
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
En las faenas mineras o civiles muy alejadas, los materiales
locales pueden variar y esto puede necesitar de un análisis
más detallado.
La Tabla 5.1 da ejemplos de granulometrías combinadas
recomendadas tomadas de diversos proyectos en minería y
túneles civiles con proyección remota de shotcrete.
Tabla 5.1. Granulometrías recomendadas para shotcrete .
La recomendación establecida en la Guía de Hormigón Proyectado
de la Asociación Europea EFNARC es la más utilizada debido a la
tolerancia y flexibilidad en la inclusión del tamaño y distribución de
áridos. Se sugiere que la curva fina de la norma ACI 506 sea utilizada
para hormigón proyectado fino, como un mortero. Sin embargo,
la arena usada para “capas rápidas” o de “terminación” pueden
necesitar ser más fina. El uso de arenas más finas generalmente
resulta en una mayor retracción por secado. El uso de arenas
más gruesas generalmente resulta en más rebote. La curva
granulométrica combinada debe ser continua.
No es posible recomendar dosificaciones genéricas para hormigón
proyectado ya que el hormigón a emplear variará dependiendo de
las particulares características de cada proyecto, diseño, materiales y
técnicas de proyección utilizadas, etc.
5.3 Hormigón proyectado por vía seca
Los áridos deben adaptarse a las mismas granulometrías
combinadas tanto para vía seca como para hormigón
proyectado por vía húmeda. Para las aplicaciones de
shotcrete con proyección sobre cabeza las mezclas deben
ser dosificadas ajustadas a la parte más fina de la curva
granulométrica, la sección media de la curva se usa para
aplicaciones verticales y el sector más grueso de la curva para
aplicaciones horizontales con proyección hacia abajo.
5.4 Diseño de mezcla para piscinas
Para piscinas, el diseño de una mezcla se basa tradicionalmente
en cumplir con determinados grados de resistencia y en
el resultado de mezclas de prueba de obras anteriores. El
contenido de cemento de las mezclas base puede variar entre
un 16 a un 24%, 18 a 25% de árido grueso y un contenido de
arena entre un 60% a un 70% del contenido total de áridos.
Las normas Australianas y las recomendaciones de la ASA
(Asociación de Shotcrete Americana) establecen los requisitos
para el diseño estructural y construcción de piscinas
construidas total o parcialmente con hormigón proyectado.
Las siguientes recomendaciones se formulan en relación con
los diseños de mezcla de hormigón proyectado para piscinas
en general (no se deben considerar como criterios rígidos en
ningún caso).
>
>
>
>
>
Contenido mínimo de cemento de 350 kg/m 3 .
Relación agua/cemento máxima de 0,55.
El tamaño máximo del árido debe ser de 10 mm.
La granulometría combinada debe cumplir con una de
las curvas mostradas en la tabla 5.1. Las granulometrías
combinadas fuera de estos rangos pueden ser utilizados
si las pruebas previas a la construcción demuestran que
han dado buenos resultados o si existe evidencia de
trabajos previos con resultados aceptables usando el
árido combinado propuesto.
Resistencia mínima a la compresión de 25MPa a los 28
días.
La aptitud del hormigón para alcanzar la resistencia a la
compresión a 28 días para la mezcla propuesta debe ser
verificada previo al suministro. Esto debería llevarse a cabo
a la edad de 28 días en probetas cilíndricas moldeadas de
la mezcla suministrada o a partir de testigos tomados de
paneles de prueba del hormigón proyectado y curadas bajo
condiciones estándares. Se recomienda que el resultado
de la prueba tenga una resistencia mínima de 32 MPa a la
compresión a los 28 días para probetas cilíndricas moldeadas
42
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Capítulo 5: Diseño de la Mezcla
con el hormigón suministrado y de 25 MPa para las muestras
tomadas de los paneles de prueba. En el caso de hormigón
premezclado, puede recurrirse a la experiencia previa del
suministrador para garantizar este punto.
5.5 Mezclas especiales
El hormigón proyectado en ocasiones requiere desarrollar
propiedades especiales, por ejemplo bajo peso específico,
cualidades de aislación, resistencia al calor, resistencia a los
sulfatos, requerir de un tamaño especial de árido para lograr
ciertas terminaciones.
En otros países, por ejemplo Australia, ha aumentado el
consumo de las mezclas con agregados livianos para la
construcción de pisos y muros. El hormigón proyectado
liviano se adapta mejor a las secciones delgadas o
ligeramente reforzadas. Se deben tomar un cuidado
particular en la planificación y ejecución del trabajo en los
que estén involucrados elementos estructurales. Hay que
señalar que estos agregados livianos deben estar saturados
y superficialmente secos (SSS) antes de la mezcla y deben
realizarse ensayos para determinar los valores de resistencia,
densidad y retracción. Estas mezclas pueden necesitar ser
ajustadas con respecto a los áridos “normales” para lograr
un bombeo eficiente. Estos agregados livianos incluyen
agregados volcánicos naturales tales como escoria y piedra
pómez, y agregados manufacturados tales como arcilla
expandida, esquisto y escoria de alto horno. Estos productos
permiten conseguir un hormigón con una moderada
resistencia estructural.
Las mezclas de hormigón proyectado con agregados livianos
se emplean con frecuencia en países desarrollados para
recubrir elementos estructurales de acero que puedan estar
expuestos al fuego. El hormigón proyectado también permite
reforzar estos elementos y se puede incluir en los cálculos
de la sección bruta. En nuestro país estas aplicaciones no son
frecuentes.
En algunas aplicaciones es conveniente la utilización de un
cemento de alto contenido de aluminatos sobre el cemento
normal, especialmente donde se requiera un endurecimiento
rápido, resistencia al calor o a los ácidos. Para revestimientos
refractarios, el cemento de aluminato de calcio se utiliza
comúnmente en combinación con un agregado resistente al calor.
Cabe señalar que el uso de cemento de aluminato de calcio
debe ser investigado cuidadosamente antes de decidir su
aplicación debido a su particular propiedad de fraguado
rápido, su alto calor de hidratación y la posibilidad de
reducción de la resistencia a largo plazo. El hormigón
fabricado con cemento de aluminato de calcio también es
altamente susceptible al ataque de sulfatos, por ejemplo,
agua de mar. Información adicional sobre el comportamiento
de este tipo de cemento se puede encontrar en Neville 22 .
La satisfactoria proyección de mezclas especiales puede
requerir diferentes técnicas de colocación, métodos
de instalación y equipos. Información adicional sobre
aplicaciones refractarias se puede encontrar en ACI 547R 27 .
Se deben seguir las recomendaciones de las empresas
fabricantes de estos productos en esta materia.
Las mezclas de hormigones proyectados resistentes a
la abrasión se basan en áridos más densos o con un alto
contenido de cemento por m 3 . La matriz de la mezcla es
diferente del hormigón normal y debe ser especificada por
un ingeniero con experiencia en esta área.
5.6 Curvas granulométricas del árido
combinado
La combinación de las granulometrías de las fracciones de
agregados individuales dentro de una mezcla de hormigón
proyectado debe ser tal que genere la mínima segregación
mientras el hormigón se está transportando, buenas
características de bombeo y proyección, bajo rebote y máxima
densidad una vez proyectado. Por lo tanto, es necesario
comprobar la granulometría combinada de las partículas del
agregado correspondiente a todas las fracciones de árido en
las proporciones en las que se vayan a utilizar.
El siguiente ejemplo muestra cómo la granulometría de los
agregados combinados puede determinarse a partir de la
proporción de cada fracción individual en el diseño de la
mezcla. En el ejemplo se asume que todos los agregados
tienen el mismo peso específico. La composición física
del hormigón proyectado y convencional se basa en las
proporciones volumétricas. Si los pesos específicos de las
fracciones de agregados individuales son diferentes el uno
del otro, las proporciones deben ajustarse en consecuencia.
Las cantidades totales y proporciones para el diseño de la
mezcla particular utilizado en este ejemplo se muestran en la
tabla 5.2 (cantidades de agregados considerando condición
saturada con superficie seca).
Tabla 5.2 Ejemplo de una proporción de áridos de uso en shotcrete
En la tabla 5.3 se muestra cómo se calcula la curva granulométrica
combinada. El título de cada columna identifica la información
contenida en ella, por ejemplo, tamaño de tamiz, tamaño
nominal global y su granulometría particular, la proporción (%)
de ese agregado en el total y la granulometría total calculada
para el agregado combinado (suma de las columnas 3, 5, 7 y
9 para cada tamaño de tamiz por separado). Para un tamaño
máximo nominal de 10 mm, estos se disponen en una escala
descendente de tamaños de tamiz desde 13,2 mm a 0,150
mm (150 micras); 0.075 mm también se incluye normalmente
como la fracción de mínimo tamaño.
´
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Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
La contribución de cada árido a la distribución de tamaño de
partículas del árido combinado se calcula multiplicando la
proporción del contenido del agregado total de cada árido
individual por el porcentaje que pasa por el tamaño del
tamiz particular que está siendo considerado. Por ejemplo, la
proporción del agregado de 10 mm en el tamiz 13,2 mm es
100% lo que multiplicado por el 14% que corresponde a la
proporción de ese árido en el total, da que el agregado de 10
mm contribuye con un 14%. Del mismo modo, la contribución
del árido de 10 mm en el tamiz 4,75 mm de es de 14%
multiplicado por 6%, que se redondea a 1% (columna 3).
La granulometría combinada del agregado total de este
diseño particular se muestra en la columna 10 (siendo la
suma de los valores respectivos de las columnas 3, 5, 7 y 9
para ese tamaño de tamiz). Una vez que la granulometría
combinada de los agregados se ha determinado se puede
juzgar su aptitud al compararla con las diferentes bandas
granulométricas recomendadas u otras bandas que hayan
demostrado ser adecuados en la práctica.
Se pueden desarrollar fácilmente hojas de cálculo
computarizadas para poner en práctica el cálculo de las
curvas granulométricas combinadas y para producir un
gráfico como el mostrado en la figura 5.1.
Tabla 5.3 Ejemplo de cálculo de curva combinada para granulometría de árido usado en shotcrete.
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Figura 5.1. Curvas individuales y curva combinada.
Capítulo 5: Diseño de la Mezcla
5.7 Solución de problemas en el diseño de
mezclas
5.7.1 Problemas de bombeo y bloqueos
La bombeabilidad se define como la capacidad de un
hormigón para ser movilizado bajo presión manteniendo al
mismo tiempo sus propiedades iniciales (Gray 28 , Beaupré 29 ).
Las investigaciones en los últimos años sobre el bombeo del
hormigón por lo general se enfocan en la estabilidad o la
movilidad del material bajo presión.
En relación a la estabilidad, la principal preocupación
respecto al hormigón fresco bajo presión es la posibilidad de
segregación, es decir, la separación de la pasta del agregado,
lo que por lo general conduce a la obstrucción de la línea.
Este fenómeno se produce cuando la presión aplicada al
hormigón empuja la pasta a través de la estructura del
agregado lo que conduce a la acumulación de partículas más
gruesas en la forma de un tapón que bloquea la línea (Browne
y Bamforth 30 ). Esta segregación se asocia a menudo con
mezclas que tienen una mala granulometría y/o una forma
de las partículas del agregado o a una excesiva humedad en
la mezcla.
Figura 5.2 Caracterizacion de los problemas de Bombeo.
El hormigón proyectado normalmente carece de una fracción
suficiente de árido grueso por encima de 4,75 mm como
para producir mucha interferencia entre estas partículas.
A pesar de esto, los bloqueos se componen habitualmente
de las partículas de agregado grueso más grandes que se
han separado de las fracciones más finas y se acumulan en
un punto de constricción o de alta fricción en la línea. Los
esfuerzos para prevenir obstrucciones mediante mejoras en el
diseño de la mezcla deben centrarse en el perfeccionamiento
de la curva de árido combinado para producir una curva
suave y continúa de 4,75 mm hacia abajo. Además, la fracción
de agregado grueso (4,75 mm y más) no debe ser superior
a 500 kg/m 3 . Como regla práctica, aproximadamente el 20%
del total del agregado combinado de una mezcla debe pasar
el tamiz de 300 micrómetros y al menos 450 kg/m 3 entre
cemento y agregado debe pasar el tamiz de 150 micrómetros
con el fin de bombear adecuadamente.
5.7.1.1 Causas comunes de bloqueos
Una mezcla que contiene un agregado bien graduado
exhibirá una interferencia mecánica constructiva entre las
partículas de diferente tamaño para evitar la segregación
bajo la acción de un gradiente de presión. Esto ayuda a que
el flujo de hormigón se mueva uniformemente a través de la
línea en respuesta a un gradiente de presión. En una mezcla
mal graduada esta interferencia disminuye o está ausente
de esta forma las partículas finas fluyen entre las partículas
más gruesas lo que causa que las partículas más gruesas se
separen de las más finas y se acumulen en una tapón. Las
causas de la mala graduación granulométrica del agregado
pueden incluir: un contenido de humedad variable en las
fracciones de agregados a medida que se mezclan que
no es compensado ajustando las pesadas, el lavado de las
fracciones finas de los acopios debido a lluvias fuertes o a una
mala supervisión durante el chancado o extracción.
La segregación de partículas y los bloqueos posteriores se
agravan con altas presiones de bombeo. Cualquier factor
que aumenta la resistencia al flujo, y por lo tanto requiere
aumento de la presión de bombeo, conducirá a una mayor
tendencia a la formación de bloqueos. El fenómeno se agrava
por la alta fricción asociada con una lubricación insuficiente
causada ya sea por una pared de la línea rugosa o un
contenido inadecuado de pasta en la mezcla. Los bloqueos
están comúnmente asociados con estricciones tales como
reductores en la línea de bombeo de hormigón y distancias
muy largas. El uso de mangueras de goma excesivamente
largas, radios excesivamente ajustados ya sea en las tuberías
de acero o mangueras de goma, o reductores excesivamente
cortos son los factores comúnmente asociados con
bloqueos. Las mangueras de caucho que están suspendidas
de un brazo manipulador controlado de forma remota son
particularmente susceptibles a los bloqueos. Cuando se
produce un bloqueo en esta manguera es útil colocar la línea
completamente extendida en posición recta y horizontal.
Los problemas de obstrucción persistentes se pueden
posiblemente superar cambiando la geometría de la línea
para reducir la resistencia al flujo.
El exceso de humedad en la mezcla fomentará la segregación
de partículas. Por lo tanto, una alternativa para aliviar
bloqueos es una reducción en el cono. La movilidad de
partículas finas con relación a las partículas más gruesas se
incrementa (empeora la situación) al aumentar la fluidez de la
fracción fina (pasta). Una reducción en el asentamiento, y por
lo tanto de la fluidez, puede ayudar a reducir los bloqueos,
pero no va a solucionar los problemas de bombeo asociados
con agregados pobremente graduados.
Una excesiva porosidad en los agregados gruesos también
puede conducir a problemas de bombeo. Tales agregados
deben ser mezclados en la condición saturada con superficie
seca, para tratar de minimizar los problemas. Las partículas de
agregados lajeadas o con formas inadecuadas son también
problemáticas en materia de bombeo, por lo que deben ser
evitadas en lo posible.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
La proporción de partículas de agregado con formas
inadecuadas que es admisible en una mezcla de hormigón
proyectado no debería superar el 10%, lo que es más bajo de
lo que se acepta en hormigón moldeado. Cualquier intento
de rectificar graduaciones deficientes o formas inadecuadas
de los agregados mediante la adición de más cemento suele
ser contraproducente, ya que puede aumentar la tendencia a
la segregación.
Las soluciones a los problemas de bombeo y bloqueos en
la mayoría de los casos se puede abordar a través de una
curva granulométrica combinada suave y continua con
especial atención a las fracciones más finas. Las fracciones
finas del agregado pueden variar ampliamente dentro de la
misma fuente original o pueden ser lavadas por la lluvia en
el acopio. Si las fracciones finas no pueden ser controladas
de forma adecuada en la fuente original, entonces puede ser
necesario lavar el agregado grueso y la arena para remover
los finos, establecer la granulometría de los finos por lavado
y reintroducir los finos en cantidades controladas a través del
uso de, por ejemplo, finos de trituración, limo, arcilla calcinada
u otros finos similares. Lo anterior lleva a que la forma de la
curva granulométrica en el extremo fino se limite de modo
más estricto de lo que sería necesario. Si se considera que
esto es demasiado caro (porque el lavado es costoso) el
aire incorporado puede ser utilizado como un posible
sustituto ya que las burbujas de aire arrastradas actúan como
partículas de agregado fino en suspensión. Sin embargo,
esto sólo funcionará para el bombeo a través de distancias
relativamente cortas y con baja presión. Alternativamente, la
cohesión de la mezcla se puede aumentar mediante el uso
de micro-fibras sintéticas, fibras sintéticas fibriladas o con la
adición de un material fino complementario. Las fibras de
pequeño tamaño ayudan a mantener las partículas gruesas
y finas juntas en un material que fluye y producen un efecto
similar a un aumento de la cohesión.
5.7.1.2 Cambios en la estructura de vacíos de aire
Un problema común asociado con el bombeo es la
modificación de la estructura de vacíos de aire. En efecto, el
uso de bombas para el transporte de hormigón generalmente
da como resultado una pérdida de aire que va de uno a tres
por ciento (Du & Folliard 31 ). También se ha demostrado que
la estructura de vacíos resultante no posee ninguna o muy
pocas burbujas con diámetros por debajo de 50 micras
(Pigeon et al 32 ). Los mecanismos que se cree son responsables
de este fenómeno son la succión y la disolución durante el
proceso de bombeo o de colocación.
El mecanismo de succión se produce cuando el hormigón
se somete a presiones negativas. En una bomba de pistón, la
cámara del pistón se llena con hormigón no sólo por acción de la
gravedad sino también por un efecto de succión causado por el
pistón que se retrae. Este movimiento provoca una disminución
en la presión, que causa que el aire se expanda y forme burbujas
más grandes las que luego pueden escapar desde el hormigón.
Este fenómeno también se observa en una sección vertical de la
manguera cuando el hormigón está en caída libre.
Se puede ver una explicación para el mecanismo de
disolución en Dyer 33 . Mientras que el hormigón se presuriza
en el bombeo se cree que las burbujas de aire más pequeñas
se disuelven en el agua circundante (Figura 5.3). Cuando
el hormigón se despresuriza a la salida de la línea, el aire
reaparece dentro de las burbujas más grandes que no se
disolvieron en lugar de formar nuevas burbujas pequeñas.
Figura 5.3 Burbujas, durante y posterior al bombeo.
Además del mecanismo de disolución, el tiempo de presurización
y la presión máxima alcanzada son también parámetros
importantes en el efecto de pérdida de aire. Es importante destacar
que este mecanismo no altera significativamente el contenido de
aire. El volumen final de aire sigue siendo prácticamente el mismo,
pero se altera el factor de separación. Sin embargo, la estabilidad
de las burbujas de aire más grandes que se forman es tal que estas
burbujas se escapen más fácilmente durante la manipulación
y la consolidación del hormigón, debido a esto se genera la
pérdida de aire. Teniendo en cuenta que al menos una parte de la
trabajabilidad del hormigón proyectado vía húmeda es atribuible
al contenido de aire arrastrado, se deduce que el bombeo puede
reducir la trabajabilidad del hormigón proyectado.
5.7.1.3 Contenido mínimo de pasta
El espesor de pasta en el interior de la línea de bombeo durante
el flujo varía con el tipo de línea que se utilice para bombear
el hormigón (por lo general un tubo de acero o manguera
de goma). La proporción de pasta disponible dentro de
una mezcla que se requiere para lubricar la superficie de la
línea también varía con el diámetro de la línea. Las líneas de
diámetro pequeño requieren una mayor proporción de la
pasta total disponible que las líneas de mayor diámetro. Esto
explica en parte por qué es más fácil bombear hormigón a
través de una línea de gran diámetro que a través de una
línea de pequeño diámetro. Los trabajos de Jolin & Beaupre 34
y Jolin 35 han demostrado que el contenido de pasta de la
mezcla tiene una influencia fundamental en la capacidad
de bombeo del hormigón y que el contenido de aire de la
pasta debe ser considerado al estimar la cantidad útil de
pasta disponible. El concepto de pasta activa se define como
la cantidad de pasta (%) presente en el hormigón mientras
está bajo presión en la línea, que representa la cantidad de
pasta disponible para crear la capa lubricante contra la pared
de la línea y para llenar los huecos intergranulares. Esta es
una interpretación volumétrica del contenido de pasta para
el material que está bajo presión. El volumen de pasta real
disminuye a medida que se aplica presión en el hormigón ya
que el volumen de aire disminuye a valores despreciables.
Para estimar el contenido mínimo de pasta activa necesaria
para obtener un hormigón bombeable es necesario conocer
46
www.ich.cl
Capítulo 5: Diseño de la Mezcla
la porosidad de la fracción de agregado (es decir, la proporción
en volumen del espacio entre las partículas del agregado),
la densidad de la fracción de pasta, el contenido de aire (%)
y el diámetro de la línea a través de la cual el hormigón va
a ser bombeado. Basado en estimaciones obtenidas por
Jolin et al 35 , el contenido de pasta activa mínima de una
línea de 50 mm es de aproximadamente 33% (en volumen)
y de una línea de 75 mm es de aproximadamente 30%. Se
debe tener en cuenta que estas estimaciones están sujetas
a ligeras variaciones dependiendo de las características
granulométricas de agregado. Para obtener el contenido
total de pasta necesaria para la producción de una mezcla
adecuada hay que añadir el contenido de aire, que es de
aproximadamente 3 a 4% (del volumen total de hormigón)
para hormigón proyectado normal (sin incorporador de aire)
o alrededor de 8 a 15% (del volumen total de hormigón)
cuando se utiliza un incorporador de aire. El contenido de
aire de un hormigón proyectado con alto contenido de aire
incorporado se estima mejor mediante la medición de la
densidad en estado fresco (antes y después de la adición del
incorporador de aire) y observando la diferencia, debido a
que los equipos para medir el contenido de aire no funcionan
para contenidos superiores al 10%. Estas estimaciones de
contenido mínimo de pasta se refieren sólo al bombeo y no
indican necesariamente una buena capacidad de proyección
o de adherencia.
5.7.2 Hormigón proyectado que no se adhiere al
sustrato
Cuando se proyecta sobre un sustrato vertical o sobre cabeza
es necesario que el hormigón proyectado se adhiera sobre
la superficie por un período de tiempo suficiente mientras
está en estado fresco hasta que endurece en el lugar y queda
adherido de forma permanentemente. Si no se adhiere a la
superficie puede dar lugar a que el hormigón se deslice o
caiga por completo, lo cual requiere de reparaciones molestas
y de alto costo. En muchos casos las caídas pueden también
poner en peligro la capacidad del hormigón proyectado para
estabilizar el suelo y la seguridad de personas y equipos. Una
mezcla “pegajosa” que se mantiene firmemente en su lugar
después de la proyección presenta muchas ventajas tanto
para el constructor como para el mandante.
La incapacidad del hormigón proyectado para pegarse a una
superficie puede ser causada tanto por la falta de adherencia
entre el hormigón y el sustrato o por una insuficiente
cohesión dentro del propio hormigón. La falta de adherencia
se manifiesta usualmente como caídas de hormigón fresco
con una separación que claramente se produce en la interfaz
con el sustrato.
Una cohesión inadecuada puede manifestarse de muchas
maneras, pero se revela comúnmente por una separación
de la mayor parte de una capa de revestimiento (a menudo
de aspecto fresco) de un hormigón que permanece unido al
sustrato.
5.7.2.1 Problemas de adherencia
Una adherencia inadecuada se puede deber a:
> Una pasta de cemento con características de adherencia
inherentemente pobres. La mayoría de las pastas de
cemento son pegajosas en cierta medida, pero se producen
excepciones y cuando se reduce esta característica, se puede
requerir la adición de materiales finos complementarios.
>
>
>
>
>
Una mala técnica de proyección, tal como la proyección
desde una distancia excesiva, o una presión de aire
excesivamente baja o elevada o capas demasiado
gruesas en una sola pasada.
Una superficie de sustrato seca que conduce al desecamiento
de la zona de contacto, la pérdida de humedad del hormigón
y a la pérdida de adherencia. La solución a esta situación es
humedecer previamente el sustrato.
La suciedad en el sustrato que a menudo es causada por
el material acumulado proveniente de las actividades de
construcción o polvo y rebote de hormigón proyectado
proveniente de operaciones anteriores. La solución a
este problema es limpiar con un chorro de agua a alta
presión antes de la proyección de hormigón.
Un sustrato contaminado con aceite. Esto puede ser
causado por aceite hidráulico en suspensión en el aire
proveniente de equipos de minería o construcción
defectuosos. El aceite sobre el sustrato debe ser removido
si se quiere lograr adherencia. El fluido hidráulico nunca
se debe usar para lubricar la línea de hormigón antes
del bombeo, debido al riesgo de salud que representan
los aerosoles del fluido hidráulico y el riesgo para el
desarrollo de adherencia en superficies rocosas cercanas
y posibles efectos perjudiciales en la mezcla.
El exceso de agua en el sustrato, a menudo asociado
con la entrada de agua desde el suelo. Este puede ser
un problema difícil de resolver. Los desprendimientos
se pueden evitar en algunas ocasiones mediante
una proyección muy rápida y con una alta dosis de
acelerante de fraguado, pero esto va a comprometer
el comportamiento a largo plazo del hormigón. Una
alternativa que puede funcionar cuando existen
ingresos de agua puntuales es instalar un sustrato
intermedio tal como una barbacana para crear de desvío
para el agua y aliviar la presión. También se puede
proyectar el revestimiento alrededor de los puntos de
entrada de humedad o agua, instalar un drenaje para
aliviar la presión del agua en el punto de entrada y
luego atacar la zona difícil proyectando una mezcla que
contiene 2 kg/m 3 de micro-fibra sintética como puente
entre las zonas adyacentes de hormigón endurecido.
Una segunda alternativa es anclar una malla con pernos
sobre la zona difícil y utilizar esto como un soporte para
una capa posterior de hormigón proyectado reforzado
con fibra. La mayoría de las opciones para hacer frente
a las zonas de alta afluencia de agua son lentas y caras,
pero no existen muchas alternativas.
47
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Se debe tener presente que el hormigón proyectado
que se desprende con rocas adheridas probablemente
indica la preparación inadecuada antes de la proyección
y no necesariamente una mala adherencia. Los suelos
estratificados o laminados pueden ser particularmente
propensos a esto si la disposición en capas tiene una
orientación desfavorable. Posiblemente un hidrolavado
puede eliminar las partes sueltas o se puede usar una malla
como puente para un hormigón proyectado reforzado con
fibra en zonas especialmente complejas.
5.7.2.2 Problemas de cohesión
Una mala cohesión del hormigón proyectado se manifiesta
típicamente de dos maneras. La primera tiene que ver con
la cohesión como una propiedad del hormigón fresco antes
de la proyección. Este tipo de cohesión es una propiedad
del hormigón proyectado en el estado plástico que está
relacionada con su propensión a segregar durante el mezclado
y la colocación si no es bien dosificado o mezclado. Mantener
la cohesión de una mezcla de hormigón proyectado a través
de un diseño cuidadoso y la reducción al mínimo del agua
disminuye la probabilidad de que el agregado más grueso
decante fuera de la mezcla y también reduce el potencial
problema de una separación entre el agregado y la pasta de
cemento durante el transporte y cuando es sometido a un
gradiente de presión.
La segunda manifestación de una mala cohesión en el
hormigón proyectado se produce cuando es proyectado
sobre el sustrato. En este caso los problemas de cohesión
pueden conducir a desprendimientos de hormigón desde
superficies proyectadas sobre cabeza o a deslizamiento del
hormigón proyectado en las paredes.
Una cohesión inadecuada, que conduce a desprendimientos,
puede ser causada por:
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Un diseño pobre de la mezcla. El uso de agregados bien
graduados con buenas características de forma y una
cuidadosa atención a las fracciones finas ayudará a la
cohesión, pero puede no ser suficiente para superar los
problemas de cohesión si el hormigón tiene agua en exceso.
Una escasa cantidad de cemento. En algunos casos el
cemento por sí solo puede no ser suficiente para crear
una mezcla cohesiva, por lo que debe considerarse la
inclusión de materiales finos complementarios como
la microsílice u otros materiales similares. La finura del
cemento también afecta a la cohesión y a la demanda
de agua, por lo que debe ser monitoreada.
Si el acelerante es químicamente incompatible o la
temperatura del hormigón es demasiado baja, entonces
puede no ocurrir la rigidización de la mezcla y dar como
resultado una mala cohesión.
Una dosificación irregular del acelerante puede conducir
a la formación de lentes de hormigón sin acelerante
dentro del revestimiento, los que carecen de la cohesión
del hormigón proyectado que si tiene acelerante de
fraguado. Este problema se ve agravado con el uso de
estabilizadores de hidratación ya que puede llevar a
que estos lentes de hormigón permanezcan fluidos y
sin cohesión durante un largo período después de la
proyección. Los métodos para dispersar los acelerantes
de fraguado de manera uniforme en una corriente de
hormigón dentro de la tobera se describen en la sección
de maquinarias.
La fluidez excesiva puede agravar los problemas
de cohesión. La cohesión generalmente disminuye
a medida que aumenta el cono, así un hormigón
excesivamente fluido puede estar propenso a rupturas
internas que conducen a desprendimientos. Un alto
contenido de humedad dentro de una mezcla puede
dar lugar a una exudación interna que hará que se
pierda la cohesión por lo que debe evitarse. El uso de
un incorporador de aire para dar trabajabilidad en
la mezcla antes de la proyección en lugar de confiar
exclusivamente en el agua o un aditivo reductor de
agua es uno de los medios que mejora la cohesión de
un hormigón bien colocado. Sin embargo, el exceso
de aire atrapado debe ser eliminado mediante una
compactación adecuada durante la aplicación y se debe
tomar las medidas necesarias para asegurar que esto se
logre. Es necesario tener cuidado cuando se utiliza este
enfoque para mejorar la cohesión y se debe considerar
la asesoría de un experto.
La cohesión del hormigón proyectado puede ser
mejorada por la inclusión de 1 a 2 kg/m 3 de micro fibras
sintéticas. Las fibras deben tener un diámetro en el rango
de 18 a 35 micras y una longitud de aproximadamente
12mm. La incorporación de estas fibras a la mezcla
antes de la agitación dará lugar a una cierta pérdida de
docilidad la que no debe ser compensada con adición
de agua. El adicionar un superplastificante adecuado
ó entre un 8 a 15% de aire a través del uso de un
incorporador de aire para recuperar el cono perdido
generalmente dará como resultado características de
proyección que serán similares o mejor que el hormigón
original sin micro fibras.
> Una baja dosificación del acelerante. Los acelerantes de La cohesión se evalúa mejor en terreno a través de la
fraguado son esenciales cuando se proyecta sobre la proyección (una antigua técnica) de un cono invertido de
cabeza, pero opcionales para las superficies verticales. hormigón en una superficie sobre cabeza sin el uso de
No solo debe ser una dosis adecuada la que se utilice acelerante. La proyección se debe continuar hasta que el
para mantener hormigón proyectado en su lugar cono de hormigón se despenda, después de lo cual se puede
sobre la cabeza, sino que se requiere un acelerante estimar la máxima capacidad de acumulación antes de la
que sea químicamente compatible con el cemento. falla. Un hormigón de baja cohesión será capaz de lograr una
>
>
>
Capítulo 5: Diseño de la Mezcla
capacidad máxima de sólo 50 mm, un hormigón de cohesión
normal se encuentra entre 100 – 120 mm y un hormigón
altamente cohesivo puede lograr al menos 150 mm de
acumulación antes de desprendimiento. Si la capacidad de
acumulación está limitada por una falta de cohesión, las
capacidades de acumulación arriba mencionadas suelen
aumentar a medida que el asentamiento del hormigón
se reduce y aumentan sustancialmente cuando se añade
un acelerante de fraguado. La experiencia ha demostrado
que la falla por adherencia limita la capacidad máxima
de acumulación entre 250 a 300 mm, incluso para el
mejor hormigón proyectado independientemente del
asentamiento y del uso de acelerantes de fraguado.
5.7.3 Líneas de transporte vertical
Las líneas de caída se utilizan en algunas minas subterráneas
profundas para proporcionar una transferencia eficiente de
hormigón proyectado desde la superficie hasta los niveles
más bajos de trabajo en la mina. Por ejemplo, en Mt Isa Mine,
Australia, el hormigón puede ser colocado hasta 1.700 m.
de profundidad. Normalmente, el hormigón proyectado se
entrega en la línea de caída en la superficie en un camión
mezclador convencional y se recoge bajo tierra en un camión
agitador subterráneo.
Aspectos clave para el diseño de línea de caída son:
>
>
>
El diámetro varía desde 150 hasta 225 mm, con 200
mm considerado como un valor normal.
El tubo vertical debe estar conectado sin curvaturas o
desviaciones para evitar el desgaste irregular.
El diseño de la batea de remezcla en la base de la línea
de caída.
Hay dos tipos de líneas de descarga vertical: flujo con pistón
y caída libre. En el flujo con pistón, la mezcla mantiene su
cohesión y no segrega. Esto es esencial cuando la descarga
del hormigón se hace directamente a una estructura (es
decir, revestimiento de piques). En este caso se requieren
líneas de menor diámetro (150 mm o menos) y el control
del asentamiento es fundamental. El riesgo de bloqueo de la
línea es relativamente alto con este método. En el método de
entrega de caída libre, los materiales segregan a medida que
viajan por el tubo, pero se remezclan en una batea en la base
al final de la caída. La batea es esencialmente un tubo con un
extremo abierto y está fabricado con una sección gruesa de
acero debido a la fuerte abrasión a que está sometida.
Las líneas de caída en las minas australianas utilizan el
método de caída libre para minimizar el riesgo de bloqueos,
ya que son costosos de reparar. En general, se recomienda un
asentamiento mínimo de 180 mm y la mezcla se estabiliza
para asegurar al menos 6 a 8 horas de vida útil. Las fibras
pueden ser añadidas antes de la transferencia, pero algunas
minas, por temor a bloqueos, deciden añadir las fibras
durante el mezclado dentro de la mina. En este sentido, las
fibras de polipropileno proporcionan menos abrasión en el
tubo de caída.
Es esencial cebar la línea antes de su uso. La gran área superficial
de la pared de la tubería puede retener una película de agua
suficiente para alterar radicalmente la relación agua/cemento
de la mezcla. Esto se puede superar mediante el cebado de
la línea con alrededor de 0.2 m 3 de hormigón proyectado
que se descarta posteriormente. La instalación receptora
subterránea debe estar diseñada para hacer frente a este tipo
de residuos. Si la línea se utiliza continuamente (por ejemplo
una carga cada 2 - 3 horas) y se utilizan niveles suficientes
de estabilizador de fraguado, entonces no se requiere lavar
la línea entre cargas. Sin embargo, es esencial que se lave la
línea a fondo en cada detención de la transferencia y al final
del turno. El tubo debe mantenerse libre de acumulaciones,
fugas y desgastes.
49
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
50
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Capítulo 6: Máquinas y Equipos para Shotcrete
6
CAPÍTULO
Máquinas y Equipos para Shotcrete
proyectado con mezcla seca está entre 1 y 5 m 3 /hora y en el
caso de hormigón proyectado con mezcla húmeda entre 3 y
25 m 3 /hora. Debido a la gran variedad de equipos disponibles,
es importante siempre remitirse a las especificaciones de
funcionamiento del fabricante del equipo.
Tipo de aplicación.
La velocidad de colocación del hormigón proyectado.
6.2 Equipo para mezcla seca
6.2.1 Generalidades
6.1 Generalidades
La selección de los equipos de hormigón proyectado
depende de numerosos factores:
1.- Especificación del proyecto.
2.-
3.-
4.-
5.-
6.-
7.-
8.-
Los tiempos disponibles para la proyección del
hormigón.
Tipo de proceso de hormigón proyectado (húmedo o
seco).
El acceso al sitio o sitios y el tamaño físico del frente
de trabajo para determinar la viabilidad de varias
configuraciones de equipos de hormigón proyectado.
Disponibilidad y calidad de los materiales de la zona.
El sistema de suministro de hormigón, incluyendo
distancia de transporte.
Una disposición básica de equipos para la proyección de
hormigón por vía húmeda por lo general consiste en una
bomba de hormigón, compresor, boquilla y la línea de
descarga. Para la proyección de hormigón por vía seca
el equipamiento básico incluye una cámara de presión,
compresor, boquilla y la línea de descarga. En los últimos
años la tecnología en equipos de hormigón proyectado ha
avanzado hasta un nivel que ahora incluye proyección vía
control remoto, bombas dosificadoras de acelerante de
fraguado integradas, compresores a bordo del equipo de
proyección, instalaciones de hidrolavado, etc.
Los equipos para hormigón proyectado de mezcla en seco
se pueden dividir en dos tipos, ya sean máquinas de cámara
simple o doble y máquinas de alimentación continua,
generalmente llamadas máquinas rotatorias.
6.2.2 Máquinas de cámara simple o doble
Las máquinas de una sola cámara tienen un funcionamiento
intermitente, operan colocando el material en la cámara, esta
se cierra y se presuriza con aire haciendo que el material se
introduzca en el tubo de descarga. Cuando la cámara está
vacía se despresuriza, se rellena y se repite la operación
(figuras 6.1 y 6.2).
Las máquinas de doble cámara permiten una operación
más continua mediante el uso de la cámara superior como
una compuerta de aire durante el ciclo de alimentación de
material.
La configuración seleccionada para el equipo debe ser capaz
de descargar la mezcla dentro del tubo de suministro, bajo
un exhaustivo control de calidad y entregar en la boquilla un
flujo continuo de material mezclado de manera uniforme y a
una velocidad adecuada.
Como guía, el volumen de colocación de hormigón
proyectado de forma manual está entre 3 y 10 m 3 /hora.
La capacidad de mezclado de los equipos para hormigón
Figura 6.1 Equipo de bombeo para shotcrete vía seca de una cámara.
51
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
La máquina de plato rotatorio (figuras 6.4 y 6.5) utiliza un segmento
de sellado en la superficie superior del elemento giratorio. El
material es alimentado por gravedad desde la tolva en la parte
superior hacia las cavidades en forma de U del rotor y descargado
en el cuello de salida cuando esa cavidad en particular está alineada
bajo el segmento sellado, se inyecta aire hacia abajo conduciendo el
material a la manguera.
Figura 6.2 Equipo de bombeo para shotcrete vía seca de doble cámara.
6.2.3 Máquinas rotatorias
En general, existen dos tipos de máquina rotatoria disponibles.
La máquina de rotor o revolver (figura 6.3) utiliza discos de
sellado en la parte superior e inferior del elemento giratorio. El
material es alimentado por gravedad desde la tolva dentro de
las cavidades del rotor en un área de su plano de rotación y se
descarga hacia abajo desde estas cavidades con la presión de aire
en el punto opuesto en su rotación. Se introduce aire adicional
en el cuello de salida para lograr un adecuado volumen y presión
de suministro de material hacia la tubería de salida.
Materiales
Figura 6.5 Equipo de shotcrete vía seca con “plato rotatorio”
Algunas máquinas rotatorias se modifican para manejar
tanto mezcla húmeda como en seco, para esto no se necesita
ninguna conversión especial ni se usan accesorios adicionales.
Aire
Cartucho rotativo
de carga
6.3 Equipo para mezcla húmeda
Los equipos de hormigón proyectado para mezcla húmeda se
pueden definir como un equipo de desplazamiento positivo
o máquinas neumáticas.
Aire
Salida
Figura 6.3 Detalle de bomba con “barril de carga” rotatorio y de bombeo neumático.
Materiales
Aire
Salida
Las máquinas de desplazamiento positivo constituyen
la mayor parte del mercado y pueden ser de pistones
propulsados hidráulica o mecánicamente con una variedad de
válvulas de ciclos y dispositivos reductores de movimiento de
los líquidos (figura 6.6) o pueden ser bombas de compresión
de tipo peristáltico mediante rodillos mecánicos para
arrastrar el hormigón a través de un tubo de impulsión (figura
6.7). Además se usan bombas de tornillo sin fin (bombas
de rotor / estator) que utilizan piezas metálicas conocidas
como “cuchillas” que obligan a la mezcla a salir través de
un tubo. Este tipo de bomba se utiliza principalmente para
la aplicación de mezclas de estuco o yeso incorporando
agregados finos generalmente hasta 4 mm, pero puede
permitir hasta 8 mm con una apropiada configuración de la
bomba. Todas estas las máquinas de desplazamiento positivo
incorporan aire comprimido en la boquilla para aplicar el
hormigón neumáticamente.
Plato rotativo
Figura 6.4 detalle operación y composición del equipo de shotcrete con “plato rotatorio”
para vía seca.
Un aspecto fundamental de las bombas de hormigón, es
que permitan realizar el transporte de la mezcla con bajas
pulsaciones, desde la bomba a la boquilla. En la actualidad
existen máquinas que cuentan con sistemas controlados
mediante PLC que minimizan las pulsaciones o compensan
52
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las interrupciones del flujo producto del cambio de pistones,
esto sumado al sistema de dosificación de acelerante
integrado que garantizan el uso de las dosis especificadas.
6.4 Equipos auxiliares
Capítulo 6: Máquinas y Equipos para Shotcrete
Las máquinas de alimentación neumática utilizan la
tecnología de mezcla en seco (similar a como se describe en
equipos para vía seca) para transportar hormigón proyectado
vía húmeda.
6.4.1 Equipos de control remoto
Los equipos de proyección de hormigón con mando a distancia
se utilizan para mejorar la seguridad y la productividad de los
operadores, debido a que:
1.- Mantienen al operador alejado de suelo sin soporte.
2.- Reducen al mínimo la exposición al rebote y el polvo.
3.- Permiten el acceso a zonas difíciles.
4.-
5.-
Son menos exigentes físicamente que la proyección
manual.
Aumentan de la productividad mediante un mayor
rendimiento volumétrico.
El equipo generalmente consiste en un brazo giratorio
telescópico con la boquilla montada en este y la bomba
de hormigón montado en un vehículo móvil, mientras
que el operador controla los movimientos de la bomba
y del brazo con un control remoto (figuras 6.8 y 6.9).
Figura 6.6a y 6.6b Detalle de bombeo para mezcla húmeda con desplazamiento positivo
por pistón.
Material
figura 6.8 Equipo controlado por vía remota para aplicaciones de minería subterránea.
Paletas
Bombeo
Motor
Figura 6.7 Detalle de equipo para vía húmeda de tornillo sin fin (del tipo “mono”).
Figura 6.9 Equipo de proyección usado en obras de minería subterránea y obras civiles e
infraestructura.
53
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
6.5 Equipos y sistemas de dosificación de
acelerantes
Se pueden utilizar varios tipos de bombas cuando se dosifica
el acelerante. El tipo de bomba es importante debido a la
necesidad de tener un volumen de alimentación regular
y preciso. Típicamente los dos tipos de bombas utilizadas
para lograr esto son bombas “del tipo mono” o bombas
peristálticas. La capacidad de la bomba de dosificación
también es importante, ya que puede ser necesaria una tasa
de hasta el 10% del contenido de cemento por metro cúbico
de hormigón proyectado.
proyectado. Una baja dosis de acelerante, puede retrasar
la reacción del hormigón proyectado, mientras que una
dosis excesiva, dañará el desarrollo de la resistencia final
y generará gastos adicionales en las mezclas. El siguiente
ejemplo demuestra el impacto de un sistema de dosificación
incorrecta:
Con una dosificación de 5% de acelerante y un contenido
de cemento de 400 kg/m 3 de hormigón proyectado, se
requieren 20 kg de acelerante. Con un error de dosificación de
un 10% la sobredosificación de acelerante es de 2 kg, con lo
que automáticamente aumentaría el costo del metro cúbico
de hormigón colocado. En un proyecto promedio, con un
volumen de aprox. 100.000 m 3 de hormigón proyectado, el
gasto adicional de consumo de acelerante aumentaría en 800
toneladas, considerando la sobredosificación anteriormente
señalada.
6.6 Sistemas de manejo y trazabilidad de datos
Figura 6.10 Bomba dosificadora tipo mono (bomba de tornillo)
6.5.1 Equipos dosificadores para shotcrete por vía
húmeda
Para la proyección vía húmeda, es especialmente importante
la utilización de un sistema de dosificación preciso, libre de
pulsaciones y que esté integrado al ciclo de bombeo, siempre
que sea posible. Una bomba independiente no podrá
hacer frente a la demanda exacta del acelerante, y su uso
produciría inevitablemente una pérdida de los requisitos y de
desperdicios. La dosificación debe ser uniforme en relación al
peso del acelerante y permanecer así, a pesar del cambio de
las condiciones como caudal de bombeo, presiones, etc.
En la actualidad, existen sistemas integrados al equipo
(Control de dosificación total) los que cumplen con estas
demandas y además ofrece la posibilidad de un ajuste fino de
la dosificación de los parámetros de dosificación, tales como
la cantidad de aditivo y hormigón. La bomba dosificadora de
tornillo, alimenta un volumen constante de acelerante en el
flujo de aire comprimido soplado en la boquilla.
El PLC, regula el volumen de acelerante cambiando la
velocidad y con ello, la salida de la bomba del acelerante, de
acuerdo con la dosificación, usando la realimentación desde
el medidor de flujo, que mide continuamente el volumen del
acelerante en un bucle cerrado. Este sistema está relacionado
con la salida del concreto, y controla automáticamente la
proporción de fraguado de acelerante y cemento contenido.
6.5.2 Precisión de dosificación
La precisión del sistema de dosificación del acelerante, juega
un importante rol cuando se trata de los requerimientos del
proyecto y el costo global de una aplicación de hormigón
Los sistemas de manejo de datos permiten el intercambio
de datos por medio de un registrador de datos en la caja
de control eléctrico de la bomba en combinación con un
lector de datos externo. Los parámetros operacionales de
la máquina pueden ser fácilmente transferidos a un PC
mediante el uso de un “memory stick” (USB). Estos parámetros
permite el análisis y la presentación de datos registrados en
diversos formatos.
La información operacional registrada puede incluir:
> Fecha, hora y número de máquina.
>
>
>
>
>
>
Contenido de cemento y porcentaje de acelerante.
Tiempo operativo y de bombeo.
Volumen de hormigón y acelerante.
Tipo de acelerante y de la densidad.
Temperatura del hormigón.
Indicación de turno de trabajo y PK del túnel (desde /
hasta).
Junto con lo anterior, se registran posibles fallas de los equipos
en forma automática, detallando diferentes incidentes, junto
a la hora y fecha del incidente:
>
>
>
>
>
Presión de aceite demasiado alto.
Nivel de aceite demasiado bajo.
Dosificación de acelerante requerido no se alcanza.
Parada de emergencia ha sido activada.
Funcionamiento en seco de la bomba dosificadora, etc.
54
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Por lo tanto, se puede establecer un historial completo de
operación de la máquina . Esto permite que la gestión del
frente de trabajo analice la operación de proyección en
forma precisa, durante un período de tiempo determinado.
Esto proporciona una valiosa herramienta para la gestión de
costos, control de calidad, comparación de rendimientos y
optimización de aspectos de seguridad.
Capítulo 6: Máquinas y Equipos para Shotcrete
6.7 Boquillas
El diseño de la boquilla es importante, ya que afecta la
compactación del hormigón proyectado, el rebote durante
la proyección y la consistencia de la mezcla cuando la
proyección es en seco. En la mayoría de los casos la mezcla del
acelerador se produce en la boquilla de hormigón proyectado
y hace más relevante sus características y su mantenimiento
o reemplazo en caso de desgaste (figuras 6.11, 6.12 y 6.13).
En el proceso seco, el anillo de agua y el montaje dentro de
la boquilla es fundamental para asegurar la humectación
completa de la mezcla.
Figura 6.13 Despiece de un cabezal de proyección estándar de la industria y tobera de un
equipo de shotcrete. Descripción: A: Tobera de proyección; B: Sello de acoplamiento tipo
palanca; C: Camisa cuerpo difusor; D: conexión tipo Chicago (ingreso aire y acelerante);
E: Cuerpo Difusor (del acelerante y aire de forma tal que envuelva la mezcla entrante.)
figura 6.11 Cabezal tipo en un equipo de proyección de hormigón remoto
Figura 6.14 Tipos de boquillas.
6.8 Mangueras para traslado de material
(culebrones)
Figura 6.12 Detalle de la función de la boquilla y el ingreso de sus materiales componentes.
Las líneas de entrega de material están disponibles en varios
materiales y diámetros y deben adecuarse al proceso de
hormigón proyectado. Se debe tener en consideración las
propiedades de los materiales constituyentes, longitud de la
línea de suministro, las presiones de trabajo y la cantidad de
hormigón requerido. El diámetro interno debe ser un mínimo
55
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
de 4 veces el tamaño del agregado más grande en la mezcla.
Cuando la proyección de hormigón es con fibras de acero en
la mezcla, la longitud de la fibra debe ser de preferencia no
más de 70% del diámetro interno.
Para las fibras sintéticas este requisito puede relajarse. No
obstante, deben realizarse pruebas para asegurase que no se
produzcan bloqueos ni de bolas de fibra.
La última sección de la línea de bombeo antes de la boquilla
debe ser flexible, tener un tubo resistente a la abrasión,
no ser plegable y también ser resistente a dobleces. La
especificación de presión en la manguera siempre se debe
revisar y debe estar de acuerdo con las recomendaciones del
fabricante de la bomba. Todas las conexiones y acoplamientos
o abrazaderas deben estar unidos correctamente y deben
contar medidas de seguridad adecuadas para la protección
frente a reventones.
56
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Capítulo 7: Dosificación, Mezclado y Transporte
7
CAPÍTULO
Dosificación, Mezclado y Transporte
7.1 Dosificación y mezclado de shotcrete vía
húmeda
El proceso de dosificación consiste en pesar o medir los
materiales en masa o volumen de acuerdo a lo especificado.
El mezclado es el proceso de combinar los materiales
componentes para que se distribuyan de manera uniforme. La
agitación es mantener la mezcla en una condición utilizable
hasta que se la necesite.
El hormigón y el mortero proyectado deben ser dosificados y
mezcladas como un hormigón tradicional, en Chile no existe
normativa especial para el shotcrete, sin embrago, para esta
etapa de dosificación y mezclado las recomendaciones de la
norma NCh170 son en general aplicables. La capacidad de
la planta para mezclar uniformemente debe ser establecida
a través de ensayos preliminares en laboratorio y luego
corroborados en pruebas a escala real, todo esto en la etapa
de pre-construcción.
En mezclado puede realizarse por varios métodos, mezclado
en planta, con un mezclado por etapas o un mezclado en
equipo móvil. Cada uno de estos métodos puede resultar
ventajoso dependiendo de las circunstancias y necesidades
específicas de la obra o proyecto.
>
Mezclado en planta
El mezclado se realiza en una planta de hormigón, con sus
requisitos técnicos de operación en orden y con un plan
de revisión y calibración que no debe ser descuidado.
Esta debe estar instalada en ubicaciones de fácil acceso
y logísticamente cercana a los puntos de distribución.
Los ingredientes se mezclan completamente antes de
la descarga en el equipo de transporte destinado para
ello. Para hormigón usado en shotcrete, las plantas
de eje vertical del tipo turbomezclado son las más
recomendables (Figura 7.1).
Figura 7.1 Mezcladoras del tipo turbomezclado y planetarias, recomendables para la
fabricación de shotcrete por su efectividad.
>
>
Mezclado por etapas
Según el proyecto y las condiciones de la faena es
probable que sea necesario el mezclado por etapas, es
decir, se mezcla parcialmente todos los materiales de la
carga en una planta central y se realiza la transferencia
a un mezclador móvil, por ejemplo camión mixer, para
realizar la mezcla final antes de la descarga en el punto
de colocación. Debe estar sujeta a estudios y pruebas
preliminares.
Mezclado móvil
El mezclado del hormigón en equipo móvil consiste
en realizar todo el mezclado en un camión donde se
cargan todos los materiales componentes en una planta
de dosificación centralizada. Este método es el sistema
más ampliamente adoptado para la producción de
hormigón o de hormigón proyectado.
57
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
7.2 Dosificación y mezclado de shotcrete vía
seca
La mayoría de los ingredientes secos se suelen mezclar previamente
en una planta para ser almacenados en bolsas o son mezclados en
una planta de hormigón. El contenido de humedad de la mezcla
(previo a que se añada el agua en la boquilla) debe estar entre 2 y 5
% para minimizar la producción de polvo en la bomba de hormigón
proyectado. Más de 5 % de contenido de humedad puede causar
obstrucciones en la línea.
La manipulación, control de calidad y manejo de estas bolsas de
material predosificado es clave para la correcta operación.
proyección. Por lo anterior, las guías de hormigón proyectado
internacionales recomiendan no realizar el mezclado si la
temperatura de los materiales están por debajo de 5 ˚ C o a
más de 35 ˚ C, a menos que se tomen las debidas precauciones.
En condiciones fuera de este rango se debiera consultar a un
especialista en tecnología del hormigón.
Sin perjuicio de lo anterior, la Guía Austriaca de Hormigón
Proyectado 38 , en relación a la temperatura de mezclado de
los materiales para vía húmeda hace el siguiente comentario:
“El hormigón fresco deben tener una temperatura de más de
15°C. Si la temperatura del hormigón se encuentra por encima
de 25°C, antes de la hidratación del cemento puede conducir
a una rigidez excesiva de la mezcla fresca, lo que resulta en un
comportamiento desfavorable. Las temperaturas menores de
13°C reducen la resistencia temprana y más de 25°C reduce el
tiempo de trabajo.”
La tabla 7.1 es una recomendación de la temperatura de los
materiales para su mezclado y uso óptimo (Guía Austriaca de
Hormigón Proyectado 38 ).
Figura 7.2. Almacenaje de bigbag de shotcrete predosifcado.
7.3 Otras consideraciones sobre el mezclado
7.3.1 Generalidades
El hormigón o mortero requerido para la proyección depende
del tipo de equipo de transporte, la distancia de la entrega
y el procedimiento de aplicación. Para un contenido de
cemento y una relación a/c dada, la consistencia o el flujo se
puede ajustar con aditivos químicos añadidos en la planta de
mezclado o en sitio.
Las medidas para alcanzar una temperatura de trabajo
favorable son:
• A temperatura ambiente baja: calefacción (se debe
evitar el vapor directo), almacenamiento bajo cubierta
y/o cerrado de los agregados, calefacción del agua
añadida para la mezcla.
• A temperatura ambiente elevada: aspersión del
árido grueso, almacenamiento cubierto y/o cerrado
de agregados, enfriamiento de los materiales
constituyentes en casos especiales.
Tabla 7.1 Temperaturas de materiales para shotcrete por vía húmeda (ºC)
7.3.2 Fibras y aditivos
Se debe consultar al fabricante o distribuidor de las fibras para
elegir los métodos recomendados de adición, que pueden
variar entre los tipos de fibras.
En proyectos de gran envergadura, cada vez es más común, el
uso de la dosificación automatizada para las fibras, de escasa
implementación en Chile.
La dosificación de los aditivos se debe realizar de acuerdo a
las recomendaciones específicas del fabricante, junto con las
pruebas realizadas, de acuerdo al tipo de cemento y proyecto
en particular. Normalmente los aditivos se dosifican dentro
de ± 5%, a través de un equipo de dosificación automática.
7.3.3 Temperatura de mezclado
El hormigón proyectado o mortero es muy sensible a la
temperatura ambiental durante el mezclado, transporte y
7.4 Transporte
7.4.1 Generalidades
El transporte y entrega implican obtener el hormigón
proyectado para el equipo en cantidades adecuadas cuando
sea necesario y con el mínimo de tiempo de transporte, esto
último es una consideración importante, en particular en la
construcción subterránea. Hay muchas maneras de llevar
el hormigón proyectado al sitio, por ejemplo en equipos
agitadores montados en un camión, líneas de transporte
vertical, sacos para mezcla seca, entre otros.
58
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La elección del método de transporte y entrega para
hormigón proyectado depende principalmente del proceso
de proyección (húmedo o seco), de la accesibilidad, del
sistema de manejo de materiales, ubicación de los lugares de
trabajo, la demanda de hormigón proyectado por turno.
El transporte del hormigón desde la planta de mezclado
hasta el punto de colocación debe realizarse en un equipo
móvil que prevenga la segregación, la pérdida de material y
la rigidización prematura. Equipos con las aspas de mezclado
en malas condiciones no son aptos para esto.
7.4.2 Agitador sobre camión
Cuando la entrega de hormigón proyectado se hace en
un agitador sobre camión es necesario que el vehículo
proporcione una agitación adecuada. Los equipos o plantas
que se identifican como planta de agitación para hormigón no
se deben utilizar para el mezclado de hormigón proyectado a
menos que se haya demostrado en pruebas de uniformidad
de acuerdo a NCh1789 que el equipo o las instalaciones
pueden mezclar hormigón proyectado de manera uniforme.
7.4.2 Descargas verticales
Es necesario considerar ciertos aspectos al transportar el
hormigón proyectado por una línea de acero inclinada o
vertical. En general, el diámetro de la línea debe estar entre
150 a 300 mm, dependiendo del desnivel y consistencia de
la mezcla. Dado que el hormigón proyectado es un material
abrasivo, se debe verificar las tasas de desgaste debido a la
velocidad de caída libre y la fricción asociada.
Antes de utilizar una línea, debe lubricarse con una lechada
de cemento o una mezcla adecuada. También se requiere
alguna forma de disipador de energía en el extremo final de
la línea para controlar la salida del hormigón . Esto se logra
generalmente usando una batea con un diseño adecuado. La
batea puede, si se diseña de esa manera, cumplir la función
de un remezclador en caso que se haya producido algo de
segregación.
7.4.3 Bombeo
Capítulo 7: Dosificación, Mezclado y Transporte
Las bombas de hormigón proyectado se utilizan para
transportar hormigón proyectado a través de una tubería
o línea a la boquilla. La bomba debe estar en buenas
condiciones de operación y con una adecuada mantención.
Se debe tener especial cuidado con el lavado de la bomba y
las líneas al final de cada turno.
Figura 7.3 Camión transportador “agitador”
Figura 7.4 Camión transportador “mezclador” Figura 7.5 Bomba dispuesta para faena de shotcrete .
59
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
8
CAPÍTULO
Aplicación del Hormigón Proyectado
8.1 Generalidades
La aplicación del hormigón proyectado se puede dividir
en dos métodos principales, shotcrete manual y shotcrete
con equipos robotizados. El shotcrete manual se utiliza
generalmente para aplicaciones en la construcción civil
y reparación de hormigones. El shotcrete mecanizado se
utiliza en aplicaciones de minería y construcción de túneles
subterráneos y es ideal para aplicaciones sobre cabeza y en
secciones de gran tamaño para taludes y túneles. El shotcrete
robotizado, en los casos en los que el acceso y la altura estén
dentro del alcance del equipo, puede también ser usado
para la estabilización de taludes en minas a cielo abierto. En
la construcción de carreteras y ferrocarriles es más común
que se adopte el shotcrete manual por las restricciones de
espacio y la aplicación en taludes, para esos casos el uso de
plataformas elevadoras permiten al pitonero llegar a las zonas
más altas y distantes. Hay otros métodos más especializados
disponibles para la aplicación mecanizada como los equipos
de shotcrete montados en tuneladoras.
Es esencial el uso de operadores experimentados y
competentes que hayan recibido una formación adecuada
en la aplicación de hormigón proyectado para garantizar la
calidad de cualquier aplicación de shotcrete. Es fundamental
considerar cuidadosamente el tipo de equipo, condiciones
y requisitos de funcionamiento antes del inicio de la
proyección de hormigón. Es esencial contar con personal
bien entrenado de preferencia certificado y, más importante
aún, con un supervisor técnico o profesional competente y
experimentado en terreno.
8.2 Servicios
8.2.1 Electricidad
Para los equipos que así lo requieran debe proporcionarse
una fuente de alimentación eléctrica confiable con toma de
tierra. Para otros equipos debemos tomar en consideración
los ciclos de trabajo y el uso de fuentes eléctricas.
8.2.2 Agua
La calidad del agua y su temperatura afectan el
comportamiento del hormigón proyectado. El agua debe
ser preferentemente potable y con una temperatura por lo
general de 18 a 25˚C. También es importante contar con un
suministro de presión de agua adecuado y la disponibilidad
suficiente para aplicaciones particulares como el curado, la
limpieza o la preparación del sustrato.
Otras consideraciones:
>
>
>
>
Agua de amasado: idénticas precauciones que en
hormigones tradicionales (NCh1498).
En caso de sospechas respecto a la calidad del agua,
realizar un análisis físico químico y realizar pruebas
comparativas con agua potable.
Cuidado con la presencia de aguas sulfatadas o con
cloruros (ver ACI 201.2R tabla 2 sobre tolerancias y
durabilidad del concreto).
Si aún hay dudas, considerar la recomendación del
ACI318-1 punto 3.4.3.
8.2.3 Iluminación
La iluminación es importante para mejorar la seguridad y
ayuda en el frente de trabajo a los operadores de equipos de
shotcrete a proyectar un producto de calidad con el espesor
correcto y a disminuir el rebote por falta de visibilidad.
8.2.4 Ventilación
Todas las áreas cerradas deben estar bien ventiladas debido
al polvo, humos y otros contaminantes en el aire creados por
los equipos durante el proceso de aplicación de hormigón
proyectado. En las aplicaciones de minería subterránea es
esencial una ventilación de calidad para diluir y eliminar los
humos de maquinaria en otras operaciones, además del
polvo y sustancias químicas en suspensión en la zona de
proyección de shotcrete.
8.2.5 Aire comprimido
Se necesita un suministro constante de aire comprimido
limpio y seco con la presión y el volumen adecuado. El
suministro depende de la especificación de un equipo
en particular, el estado de los equipos, las condiciones de
61
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
operación en el lugar, la longitud y diámetro de manguera.
Se puede tomar como requisitos típicos del aire:
• Para proyección de hormigón húmedo el consumo
de aire es de aproximadamente 12 m 3 /minuto (425
pies cúbicos por minuto - cfm) a una presión de
aproximadamente de 6 a 7 bar (88 - 102 psi).
particular, se deben revisar como mínimo los siguientes
tópicos :
> Competencia y formación de los operadores y el personal.
>
Inducciones legales y de la industria minera o del mandante,
en temáticas de responsabilidad, seguridad y operación
entre otros.
• Para proyección de hormigón vía seca el consumo de
aire es de aproximadamente 15 m 3 /minuto (530 pies
cúbicos por minuto - cfm) a una presión de entre 3 a 6
bar (44 - 88 psi aprox.).
8.3 Formación y entrenamiento del personal
La formación y entrenamiento del personal para los trabajos
de hormigón proyectado es esencial.
La clave del éxito del hormigón proyectado es la colocación de
manera correcta, ya sea por el proceso manual o robotizado,
por vía húmeda o vía seca. Debe ser un operador entrenado
quien dirija y controle la colocación del shotcrete bajo la
supervisión de un profesional debidamente acreditado para
supervisar dicha faena. También debe tener un conocimiento
profundo de la operación, los requisitos de mantenimiento y
de los procedimientos de seguridad de los equipos además
de conocer los requisitos de calidad del proyecto. En Australia
y Europa hay cursos formales para la formación o capacitación
de los operadores. Sin embargo, algunos contratistas de
proyección de hormigón ya han desarrollado sus propios
programas e iniciativas por los cuales certifican bajo estos
programas internos al personal tras ser entrenado por
operadores con gran experiencia y formación para shotcrete
manual y robotizado.
>
>
inducciones del sitio de trabajo, charlas y capacitaciones
necesarias.
El plan de seguridad completo debe estar en el lugar de
trabajo e incluir al menos los siguientes puntos:
• Las evaluaciones de riesgos.
• Seguridad en el trabajo y análisis del medio
ambiente.
• Declaraciones de método de trabajo seguro.
• Programa de limpieza y manejo de residuos.
• Programa de mantenimiento de equipos.
• Manejo de herramientas y equipos.
• Procedimientos de trabajo referentes a la calidad
del sustrato (roca o suelo), en especial en la
tipología en la frente de trabajo.
• Requisitos y manipulación de los productos
químicos en uso.
• Identificación de equipos de movimiento.
La práctica en América del Norte está basada en los programas
de certificación para shotcrete manual (“Shotcrete Nozzleman
Programs”) auspiciados por ACI (American Concrete Institute)
y desarrollados por ASA (American Shotcrete Asociation), en
el que están claramente establecidos el programa de estudios
y el proceso de certificación de competencias.
En Europa, desde el año 2009 EFNARC tiene y administra
un programa de certificación de operadores para equipos
robotizados por vía húmeda con especial énfasis en faenas
subterráneas.
Para los últimos dos casos, ACI-Shotcrete Nozzleman y
EFNARC, el Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile
(ICH) posee instructores y programas de instrucción y
certificación permanentes.
8.4 Seguridad
8.4.1 Generalidades
Es necesario que las regulaciones específicas de salud
y seguridad ocupacional se cumplan sin excepción. En
• Manejo de explosivos y gases.
• Identificación de los inspectores y supervisores y
programa de muestreo e inspecciones en terreno.
8.4.2 Recomendaciones mínimas de
protección del personal
Todo el personal debe usar un casco de seguridad para
protección de la cabeza, calzado de seguridad con punta
reforzada homologado, el que de acuerdo al tipo de faena se
recomienda las botas pantaneras, y en especial un chaleco
o buzo con elementos reflectantes que permitan una alta
visibilidad del operador en el frente de trabajo. El área de
trabajo en torno a la proyección debe quedar protegida del
rebote, del polvo de cemento y del producto químico en
suspensión, por todo ello, se requiere el uso permanente de
máscaras aprobadas contra el polvo, respiradores y protección
para ojos y oídos. Debido a la naturaleza irritante del cemento
húmedo y diversos productos químicos utilizados en el
hormigón proyectado, es necesaria la protección de la piel. En
países como Australia y Sudáfrica, se han desarrollado cremas
dermatológicas que actúan como barrera y es esencial su uso
para el operador.
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
La vestimenta de protección apropiada para el operador
(manga larga y pantalón largo, como buzo o de dos piezas)
debe mantenerse en buenas condiciones y ser de un material
que lo proteja de la actividad que realiza, de preferencia de
color amarillo, naranjo y con cintas reflectantes (pueden
existir otros colores o una combinación de ellos).
Los requisitos de EPP mínimos para un operador en obras
subterráneas, adicionalmente a las gafas y el respirador, son
otros elementos como cascos que incluyen una “corriente
de aire” en su interior evitando que se empañe además
de disponer de filtros de respiración incorporados. Otro
elemento indispensable es la lámpara de uso estándar con un
cargador de batería adicional o incluido en la lámpara misma.
Las siguientes figuras permiten apreciar mejor estos equipos
personales.
Máscara de tipo “Full Face”, recomendada para todo
tipo de faenas de shotcrete.
Figuras 8.1b Operador con equipo de protección recomendado
8.5 Sustratos y preparación de las superficies
Botas del tipo “pantaneras”, muy útiles ya que es frecuente
encontrar agua en los túneles civiles.
Protección auditiva incluida en el casco.
Dos modelos de casco que incluyen
sistema de ventilación auxiliado por un
equipo exterior, filtra el aire e impide que
se empañe y no afecte la visibilidad.
Otras soluciones avanzadas de casco
8.5.1. Generalidades
La preparación de la superficie requerida depende de la
condición y naturaleza del sustrato contra el cual se va a
colocar el hormigón proyectado. En todos los casos que
existan flujos o ingresos de agua que puedan interferir con la
aplicación del hormigón proyectado o causar escurrimiento
de lechada, previo a la proyección, estas vías de agua debes
ser selladas, o el agua debe ser desviada por medio de
tuberías, alcantarillas, desagües, etc., hacia lugares desde
donde pueda ser evacuada.
En la construcción subterránea, a menudo se utiliza una
preinyección en varios estratos mediante lechadas de
cemento o químicos para prevenir el ingreso de agua. Lo
más importante es que todos los sustratos o superficies
deben estar limpias, libres de polvo, aceite, agua excesiva y
otros contaminantes que puedan interferir en la adherencia
del shotcrete. La aplicación de un sello superficial sobre
el sustrato, cuando este no sea de acero o un moldaje
impermeable, puede ser de gran ayuda para minimizar la
pérdida de humedad en el hormigón proyectado.
A continuación se entregan recomendaciones particulares
para diferentes superficies.
8.5.2 Preparación del sustrato
Figuras 8.1a Equipo de protección personal recomendado para el operador/pitonero de
hormigón proyectado.
La preparación del sustrato es crítica para el desempeño
del hormigón proyectado. En aplicaciones de minería y en
la mayoría de las obras civiles el sustrato es comúnmente
roca o suelo. El hormigón proyectado también se usa
frecuentemente en minería en el desarrollo de túneles a través
de bancos de relleno. El relleno se puede considerar como
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
un suelo consolidado desde el punto de vista material. Para
asegurar una adherencia adecuada del hormigón proyectado
al sustrato, todo material como polvo y la roca suelta se debe
quitar antes de la aplicación de shotcrete.
La remoción de roca suelta se logra a través de un proceso
conocido como “scaling”. La superficie o sustrato debe
estar húmeda (pero sin agua libre) para evitar que el área
de proyección absorba el agua del hormigón. La superficie
debe limpiarse inmediatamente antes de la proyección para
evitar que el polvo en la superficie impida la adherencia del
hormigón al sustrato.
8.5.3 Acuñamiento (scaling)
Hay varios tipos de acuñamientos (scaling) utilizados en
minería y aplicaciones civiles, aunque los más comunes son
el método mecánico (figura 8.2 a), ya sea usando un equipo
especial para este propósito o un taladro, y el método
“hydroscaling” o chorro de agua a alta presión.
Cuando el hormigón proyectado se va a aplicar directo al
suelo, no se requiere necesariamente un “scaling”, debido a
que las pequeñas fisuras y grietas en la tierra se llenarán de
hormigón proyectado, estabilizando así el terreno suelto.
El método “hydroscaling” utiliza un chorro de agua a alta
presión para eliminar las piedras sueltas y el polvo de la
superficie. Normalmente se mantiene la presión de agua
entre aproximadamente 3000 psi y 6000 psi. Generalmente
es usado el mismo equipo de shotcrete para realizar esta
limpieza.
Cuando se aplique esta técnica cerca de un hormigón ya
proyectado, es recomendable aplicar el “hydroscaling” a una
distancia de aproximadamente 1.5m desde el hormigón
ya proyectado para asegurar una buena adherencia en la
superposición del shotcrete. El operador debe entonces tratar
progresivamente la roca que va a proyectarse, desde lo más
cercano a lo más lejano y de arriba hacia abajo de manera que
el brazo nunca se exponga a terreno no preparado.
Si se ven grandes bloques inestables, puede representar
un peligro para el brazo del robot durante la proyección.
Ante dicha circunstancia es necesario solicitar un “scaling”
mecánico. Terminado este proceso mecánico, siempre se
recomienda la aplicación de un chorro de agua para eliminar
el polvo y rocas menores sueltas.
8.5.4 Moldajes
Figura 8.2a Equipo de acuñamiento mecánico.
El “hydroscaling” mejora la resistencia de la unión, además de
la eliminación de suelo suelto (Figura 8.2b). El scaling puede
ser inapropiado en algunas situaciones en las que existen
rocas muy débiles. En estos casos, el sustrato se prepara
habitualmente lavando ligeramente la superficie con agua.
Moldajes no rígidos. Los moldajes no rígidos se utilizan cuando
la apariencia de la parte posterior de un elemento donde
se desea aplicar hormigón proyectado no sea importante.
Ejemplos de esto son elementos como una malla fina de
metal expandido o tejida. Esta debe fijarse sólidamente a un
marco de respaldo y estar tensa para minimizar la vibración
o el “aleteo” de manera que se evite el escurrimiento del
hormigón y se pueda lograr una buena compactación.
Moldajes rígidos. Las maderas o aceros usados para moldajes
deben ser recubiertos por un agente desmoldante con el
propósito de evitar la absorción de humedad y adherencia de
hormigón proyectado. Este moldaje debe estar debidamente
apoyado para evitar la vibración excesiva y la deflexión de las
placas.
Figura 8.2b Equipo de Hydroscaling
Una lámina de polietileno estirada sobre el moldaje también
puede proporcionar una superficie de separación. La
madera contrachapada generalmente es adecuada como
moldaje rígido y en general la proyección sobre este tipo de
elementos no reviste gran dificultad, especialmente cuando
se construyen o reparan elementos tales como pilares o
similares. El uso de materiales de caras lisas solo necesita
ser considerado cuando se requiera de una buena cara de
terminación para el hormigón.
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
8.5.5 Otras superficies
>
Tierra / suelo. La gama de aplicaciones de hormigón
proyectado para cubrir superficies de suelo son amplias
e incluyen piscinas, estabilización y protección de
taludes, revestimiento de canales, canales abiertos,
depósitos, etc. Es esencial una adecuada compactación y
preparación de la tierra para prevenir la erosión durante
la aplicación. La superficie de suelo se corta al nivel que
se desea para proporcionar un apoyo adecuado y para
garantizar el espesor de diseño del shotcrete. Se puede
instalar una barrera contra la humedad para impedir el
movimiento de la humedad del hormigón proyectado
recién colocado hacia el suelo. Se recomienda especial
cuidado en la secuencia de aplicación o la aplicación de
una primera capa rápida para evitar que el hormigón se
deslice sobre la superficie. (Ver figura 8.3)
> Superficies congeladas. En general no debe
proyectarse hormigón en esta condición, especialmente
cuando se requiere de adherencia y de un fraguado
rápido.
>
Roca. El sustrato debe estar libre de rocas sueltas, polvo
y películas superficiales (como aceites). En general, esto
se puede lograr mediante el uso de una combinación
de un chorro de agua y aire comprimido. También se
puede considerar el uso de un chorro de arena húmeda.
En los túneles subterráneos y minas, esta limpieza o
“scaling” a menudo se realiza por medios mecánicos
o con un chorro de agua a alta presión (hydro scaling)
para quitar las rocas sueltas. La limpieza debe comenzar
desde la parte superior del frente de trabajo hacia abajo.
>
>
>
>
Moldajes de madera. Si los moldajes deben ser
retirados después de su uso debe usarse un agente
desmoldante previo a la proyección para evitar la
absorción de humedad y para inhibir la unión entre el
hormigón proyectado y el moldaje.
Acero. Antes de aplicar el shotcrete sobre superficies de
acero se debe eliminar todo rastro de oxidación, aceites,
pinturas u otro contaminante, para ello es recomendable
un chorro de arena u otros métodos apropiados.
Hormigón Proyectado / Moldeado. Todas las
superficies sueltas, agrietadas o deterioradas deben ser
retiradas hasta llegar al hormigón sano. Se debe utilizar
un chorro de agua, picardo u otros medios mecánicos
para eliminar cualquier hormigón contaminado, desde
químicos, aceites a residuos de corrosión. Cuando la
armadura está expuesta, esta debe estar libre de óxido
suelto u otras materias perjudiciales que pudieran
afectar la durabilidad y la adherencia. Si se requiere, se
puede aplicar una lechada o puente de adherencia a
la superficie. Cuando el hormigón proyectado va a ser
colocado contra una superficie de hormigón lisa, esta
debe ser erosionada y/o picada utilizando cualquiera de
los métodos mecánicos antes mencionados.
Albañilerías. Requieren una preparación similar a la de
superficies de hormigón. La absorción de humedad de
la albañilería es normalmente alto por lo que es esencial
un humedecimiento previo.
Figura 8.3 Una secuencia cuidadosa al aplicar shotcrete de forma directa sobre el suelo, en casos
tales como piscinas y taludes, permite prevenir el deslizamiento del hormigón, tal como se aprecia
gráficamente.
8.6 Temperatura en el punto de aplicación
El hormigón o mortero proyectado no debe aplicarse si la
temperatura en el momento de la colocación es inferior a 5˚C o
más de 35˚C, a menos que se hayan tomado las precauciones
adecuadas. Cuando sea necesario proyectar fuera de este
rango se aconseja buscar un especialista en tecnología del
hormigón que realice las recomendaciones para esos casos
para alcanzar los resultados deseados.
8.7 Condiciones de viento o corrientes de aire
Las condiciones meteorológicas con viento pueden ser
dificultosas para proyectar hormigón. Si se requiere realizar la
faena en estas condiciones es necesario colocar una pantalla
cortaviento que proteja la boquilla, el chorro y la superficie
a proyectar y que impida que el material escape fuera de la
dirección deseada. Se debe dar especial atención a la pasta
o “niebla de partículas” que puedan viajar fácilmente con el
viento y caer en superficies circundantes.
Los vientos y las corrientes de aire también promueven
la formación de grietas en el hormigón fresco por secado
rápido, en lo posible se deben usar pantallas cortaviento y
retardadores de evaporación para proteger el hormigón. Se
debe aplicar los procedimientos de curado tan pronto como
sea posible.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
8.8 Condiciones de lluvia
A menos que exista una protección adecuada, el hormigón
proyectado no debe colocarse durante una lluvia o cuando
el pronóstico sea de lluvia inminente. En sitios expuestos, el
hormigón proyectado fresco debe protegerse contra la lluvia.
Las lluvias fuertes que caen sobre hormigón recién colocado
pueden comprometer su apariencia y reducir la resistencia
final de la superficie y por ende su durabilidad.
capa de refuerzo de manera simultánea, siempre que la boquilla
cambie su posición para asegurar el encapsulado. Si se aplican
más de 50 mm de recubrimiento de hormigón no reforzado
la probabilidad de caída o escurrimiento se incrementa,
especialmente durante el acabado de la superficie. Para estos
casos es recomendable disminuir la dosis de acelerante y reducir
el asentamiento, permitiendo que el material pueda envolver
mejor las barras.
8.9 Encapsulamiento de la armadura
Cualquier material o accesorio que requiera quedar
encapsulado por el hormigón debe ser adecuadamente
amarrado y posicionado antes de la proyección La malla o
barras de armadura deben ser diseñadas y detalladas para
facilitar el encapsulamiento y minimizar el rebote (figura 8.4).
figura 8.5 consecuencias de una pobre proyección y débil encapsulamiento de las barras
figura 8.4 Distribución recomendada para las barras .
Cuando se proyecta a través de las barras de refuerzo, la boquilla
debe mantenerse más cerca y moverse en diferentes ángulos
para permitir un mejor encapsulado y para facilitar la eliminación
de rebote. Este procedimiento hace que el hormigón proyectado
se deposite detrás de la barra y reduce la acumulación en la cara
frontal (figura 8.5). Cuando las barras están muy juntas y no es
fácil proyectar una capa a la vez se puede recubrir más de una
Figura 8.6.Ejemplos de una proyección donde ha quedado mal encapsulada la
enfierradura.
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
• La selección de los materiales finos
complementarios incorporados en el diseño de
la mezcla, tales como la microsílice o materiales
similares que ayudan mejorar la adherencia.
• Tipo y rugosidad de la superficie.
• Profundidad de hormigón ya proyectado en el
sustrato.
Figura 8.7 Testigos extraídos que muestran el mal encapsulamiento de las
barras.
8.10 Control del nivel y alineamiento de la
proyección
Se requiere de una forma efectiva y comprobada para
controlar el nivel y alineamiento de la proyección para lograr
el espesor y perfil del hormigón proyectado terminado.
Dicho control se puede lograr mediante el uso de alambres
de guía, tiras de guía, calibres de profundidad, sondas de
profundidad, moldes convencionales o guías láser.
8.11 Rebote
El rebote es aquel hormigón proyectado que no se adhiere
a la superficie que está siendo proyectada y que salta de
la superficie de hormigón proyectado ya colocado. Este
material no se debe volver a utilizar en el equipo de hormigón
proyectado ni ser usado en otros lugares de la obra. Cuando
el flujo se dirige contra una superficie rígida la cantidad de
rebote puede ser más alta de lo normal. Una vez que una capa
amortiguadora se ha formado sobre la superficie, la cantidad
de rebote generalmente se reduce. Por lo tanto, las secciones
más gruesas de hormigón tienen un menor rebote general
que las secciones delgadas.
El porcentaje de rebote depende de variados factores
incluyendo:
• La experiencia del pitonero y su habilidad para
el manejo de la boquilla (figura 8.8). La distancia
entre la boquilla y el sustrato tiene una gran
influencia en el rebote así como el ángulo de
aplicación. El ángulo de aplicación debe estar tan
cerca como sea posible a la perpendicular.
• La eficiencia del equipo de proyección de
hormigón, incluyendo la presión del aire
suministrado.
• El diseño de la mezcla, incluyendo tamaño de los
agregados y su graduación. (El rebote aumenta
significativamente cuando el tamaño máximo
del árido es superior a 14 mm).
• Trabajabilidad del hormigón.
Figura 8.8 Posición del operador y su efecto sobre el rebote y/o rechazo en la
proyección de forma manual.
8.12 Juntas de construcción o expansión
Las juntas de fin de día y las juntas de construcción son
muy importantes en un uso satisfactorio del shotcrete para
construcción o como elemento de protección. Un junta por
término de faena no moldeada debe terminar en un borde
inclinado de un ancho de 200mm a 300mm para espesores
de 75mm o menos, con un ancho proporcionalmente mayor
para mayores espesores (figura 8.9a). La superficie en la
parte inclinada se debe escobillar para remover la lechada
y el rebote y debe dejarse fraguar, pero no se debe cortar o
alisar. Antes de recomenzar la proyección la cuña debe ser
lavada con agua y aire a presión y debe dejarse húmeda. La
cuña completa debe cubrirse con hormigón lo antes posible
y desde allí se debe recomenzar la proyección. Donde se
espere que la junta transmita esfuerzos de compresión, esta
debe ser moldeada como una junta de tope, por ejemplo
esto ocurre en una junta longitudinal de un arco o muro.
Las juntas hechas con regla o tope se tratan de manera similar
(figura 8.9b y 8.9c), permitiendo trabajar mejor la junta.
Las juntas del tipo (a), (b) y (c) se pueden mejorar aún más
mediante la aplicación de una lechada antes de la proyección.
En aplicaciones marinas se utiliza una junta recortada (figura
8.9d) donde la superficie superior se ha eliminado para evitar
posibles fallas en la junta debido a la contaminación con sal
de la superficie de contacto.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
en secciones delgadas, superficies texturadas y relaciones
agua/cemento más bajas normalmente asociadas con el
shotcrete.
Todas las superficies de hormigón proyectado deben ser
curadas por uno o más de los métodos siguientes:
• Curado húmedo.
• Compuestos de curado de membrana líquida
(no recomendable en túneles o proyectos que
se construirán en capas sucesivas).
• Agentes de curado interno.
Figura 8.9 Práctica recomendada para la realización de juntas, aplicable a superficies
verticales y muros..
Para juntas impermeables no se recomienda el uso de tapones
(water stops) internos ya que atrapan el rebote. La figura 8.10
muestra soluciones para juntas impermeables. Donde no se
requieren juntas específicas por diseño es posible cortar el
hormigón donde se desee inducir la fisura de manera que esta
sea controlada.
• Curado natural.
El curado húmedo se puede realizar utilizando arpillera,
lona, láminas de plástico u otros materiales adecuados
manteniéndolos continuamente húmedos. El curado
húmedo debe aplicarse a las superficies inmediatamente
después de la finalización de la aplicación y las operaciones
de acabado. Cuando se utiliza el curado húmedo se debe
especificar un mínimo de tres a siete días continuos.
Las membranas de curado líquidas pueden ser usadas
en shotcrete. Sin embargo, si la membrana deteriora la
adherencia entre hormigón antiguo y hormigón nuevo no
se debe usar cuando se requiere colocar capas adicionales
de shotcrete. Si es necesario, el agente de curado debe ser
retirado por chorro de agua, chorro de arena o un proceso
similar, antes de la aplicación de la siguiente capa. Para mayor
información ver la especificación para hormigón proyectado
de EFNARC.
Podemos considerar el curado natural si las condiciones
atmosféricas que rodean al hormigón proyectado son
adecuadas, por ejemplo cuando la humedad relativa es igual
o superior a 85%. Se debe tener el cuidado de asegurar que
el hormigón no se seque debido a una humedad relativa
reducida, una mayor temperatura del aire o el aumento de la
velocidad del viento/aire en particular en túneles.
Debe evitarse el secado rápido del hormigón proyectado
al finalizar el período de curado. Para todos los regímenes
de curado, la superficie de hormigón proyectado se debe
mantener a una temperatura no inferior a 5˚C durante todo
el período de curado.
figura 8.10 Dos métodos para producir una junta estanca al paso de agua.
8.13 Curado
Las mismas consideraciones de curado del hormigón normal
se aplican al hormigón proyectado. Por sus características el
hormigón proyectado necesita un curado más efectivo, debe
ser curado correctamente para desarrollar toda su resistencia
potencial y durabilidad. Esto es particularmente importante
Por otra parte, el hormigón proyectado mecánicamente
que se utiliza para la aplicación de faenas subterráneas,
entornos mineros o civiles, por lo general no se cura. Es difícil
curar el hormigón proyectado en el entorno de la minería
subterránea debido a lo “caliente” que puede estar la roca,
las fuertes corrientes de aire que generan evaporación en el
hormigón y a la falta de acceso a los túneles que están siendo
desarrollados en forma activa. Estas condiciones agravan los
problemas de fisuración por retracción del shotcrete.
El curado con agua pulverizada a veces se utiliza en
aplicaciones civiles, aunque para la minería, donde el
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
hormigón proyectado se aplica a menudo “en ciclos” ello
supondría obstaculizar la producción y extender los tiempos
de ciclo.
Hay agentes de curado internos disponibles y se estima que
pueden mejorar las propiedades mecánicas de hormigón
proyectado en un 20% con aumentos de costo de un 2 a un
5% (Windsor 11 ). No se utilizan generalmente en la actualidad
en minería ni en obras civiles, pero representan un área
potencial de mejora.
8.14 Tratamiento de retrasos (demoras)
En un entorno de minería u obra subterránea en general,
es usual que se produzcan retrasos en la proyección de
hormigón. En faenas mineras de mucha complejidad donde
hay actividades de expansión y producción en ciclos, es un
caso de estudio la optimización y disminución de tiempos
de espera, especialmente cuando entran en conflicto las
prioridades de las actividades de expansión y de producción.
En el caso de retrasos, se debe tener cuidado para evitar
la hidratación del hormigón. Se debe aplicar a la carga un
estabilizador en las dosis recomendadas y evitar mezclar
de manera continua. Cualquier incorporación de aditivo
o agua debería anotarse en los registros de suministro de
hormigón. La adición de agua se debe evitar debido a los
efectos perjudiciales sobre la resistencia. Cuando la carga es
capaz de ser proyectada de nuevo, el “huevo” del camión se
debe girar por un período de tiempo suficiente antes de la
descarga para garantizar que la carga se ha vuelto a mezclar
adecuadamente.
La mantención de la trabajabilidad de un mezcla de shotcrete
depende fuertemente de cantidad de agua libre. Los ensayos
muestran que ésta puede cambiar drásticamente con
pequeñas variaciones en la dosis de agua inicial.
Sin embargo, mayores cantidades de agua demandan
mayores cantidades de cemento (para igual razón a/c) y
retardan el fraguado de la mezcla (aumento en la dosis de
acelerante). Se puede ver en la figura 8.11 un gráfico de
pérdida de trabajabilidad.
Soluciones recomendadas:
• Conocer con anticipación la trabajabilidad requerida
y duración del ciclo de hormigonado.
Figura 8.11 Gráfico de pérdida de trabajabilidad, efecto temperatura.
8.15 Inspección de riesgos antes de la
proyección.
Antes de acercarse a cualquier área en la que se va a aplicar
hormigón proyectado, el equipo debe estacionarse en una
posición segura y se debe realizar a pie una inspección del
área de trabajo. Dado que el hormigón proyectado se aplica
a menudo en zonas donde no hay suficiente apoyo en tierra
firme se debe evaluar el riego de caída de rocas y se debe
seleccionar una posición segura para instalar la plataforma.
En un ambiente subterráneo, se debe evaluar si la ventilación
es adecuada para eliminar desde el punto de trabajo el polvo
y los humos que se generarán durante la proyección. Se
debe restringir, a través del uso de señalización y barricadas,
el acceso a la zona de trabajo de personal y equipos no
relacionados con el proceso de hormigón.
• Proteger la mezcla de alta temperatura, viento,
radiación y evaporación.
• Evaluar el uso de controladores de fraguado.
Figura 8.12 Señalética de prevención.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
La superficie a proyectar hormigón debe ser examinada por si
existieran explosivos sin detonar (en caso de haberse realizado
previamente una tronadura), suelo y roca suelta, filtraciones
de agua y cualquier signo de desplazamiento del terreno,
además de esperar la autorización después de la evacuación
de gases producto de la tronadura. El operador también
debe aprovechar esta oportunidad para identificar las áreas
en las que será difícil aplicar shotcrete (zonas de sombra). En
un ambiente subterráneo, la iluminación adecuada es crítica
para asegurar que estos riesgos puedan ser identificados por
el operador, y se recomienda usar para las inspecciones una
linterna de mano de alta potencia. Después de una minuciosa
inspección y evaluación de riesgos se puede llevar al lugar
indicado el equipo de hormigón proyectado.
8.16 Otras consideraciones
En las áreas que deben ser “mapeadas” geotécnicamente o
fotografiadas esto debe hacerse antes de la proyección de
shotcrete.
prueba previamente designada, normalmente a un costado
de la proyección. Posteriormente el operador debe revisar
que la presión y volumen de aire sea la correcta y ajustarla de
ser necesario a lo requerido por el proyecto.
8.17.2 Aplicación manual
La distancia desde la boquilla a la superficie receptora
debe estar entre 0.6 a 1.0 m con el fin de lograr el mayor
grado de compactación y el menor rebote. La distancia
óptima está influenciada por el tamaño del agregado, la
curva granulométrica, el acabado superficial requerido, la
presión del aire y la velocidad del material transportado.
La boquilla debe ser dirigida perpendicular al sustrato en
todo momento. La manipulación de la boquilla para colocar
hormigón proyectado durante la proyección debe ser con un
movimiento de forma circular a ovalada (figura 8.13).
Hay que tener en cuenta que la entrada de agua en exceso es
un problema para la proyección de shotcrete y deben tomarse
medidas para reducir o desviar el flujo. Alternativamente,
se puede instalar previamente drenajes para permitir que
el agua fluya fuera del hormigón proyectado en lugar de
levantar presión sobre de él.
8.17 Shotcrete manual
8.17.1 Puesta en marcha
Una vez que el personal de la faena y el equipo se han
establecido en el área de trabajo junto a los materiales, es
necesario revisar las conexiones las tuberías de transporte de
hormigón, la conexión de mangueras de aire y evaluar que
la presión de aire sea la correcta. La mayoría de máquinas
de hormigón proyectado disponen de un tablero central
que permite realizar estas mediciones y observaciones.
Las tuberías y líneas flexibles deben estar limpias y deben
ser conectadas con el menor número posible de curvas y
sin dobleces o torceduras, además el reductor debe estar
ubicado lo más cerca posible del punto de descarga de la
bomba.
Después de verificar los equipos, los conductos de suministro
de la bomba a la boquilla deben quedar correctamente
asegurados y totalmente lubricados con lechada de cemento
o un lubricante aprobado. En ningún caso se puede usar
productos derivados del petróleo para lubricar las líneas.
A la mezcla suministrada se le debe verificar el tiempo de
mezclado y el asentamiento antes de descargarla a la bomba.
En mezclas de shotcrete con acelerante, no se debe proyectar
el hormigón hasta que este exhiba el comportamiento de
fraguado adecuado para el proyecto y que además se haya
calibrado la dosis del acelerante en la boquilla correctamente.
Esta operación se lleva a cabo normalmente en un área de
Figura 8.13 Aplicación de shotcrete en forma circular, su principal ventaja, minimiza la
incorporación del rebote en la proyección
El pitonero debe primero rellenar todos los desniveles y
quiebres que existan, zonas de debilidad tales como fisuras,
fallas, zonas de grava y partes blandas si corresponde (este
proceso se limita normalmente a superficies de roca o suelo).
La proyección debe comenzar desde las secciones inferiores
y moverse metódicamente hacia arriba (figura 8.14). La dosis
de uso del acelerante puede incrementarse marginalmente
cuando la aplicación pasa desde la base hasta la pared y
luego al techo (contra bóveda, hastial y bóveda). En algunos
casos, puede ser prudente aplicar una serie de capas más
delgadas en vez de intentar proyectar todo el espesor en una
sola pasada de la boquilla.
Cuando se aplican capas gruesas es importante que la
superficie superior se mantenga a una inclinación de
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
aproximadamente 45˚ (figura 8.15). Es importante que no
se produzca hundimiento o deslizamiento del hormigón
proyectado y se debe tener cuidado de no incorporar en la
pared el rebote acumulado en la base.
El hormigón proyectado debe surgir en un flujo
ininterrumpido constante, en caso de que el flujo se haga
intermitente, el operador debe dirigir la boquilla lejos de la
zona de colocación hasta que el flujo se haga uniforme. Se
debe proteger de las salpicaduras las superficies contiguas
que no serán proyectadas. El exceso de shotcrete en estas
superficies adyacentes debe ser eliminado.
Figura 8.15 La cuña superior debe mantenerse con una inclinación no menor a 45° para
evitar que el rebote contamine el hormigón ya colocado y la proyección debe realizarse
contra el sustrato a 90°
8.17.3 Terminaciones
8.17.3.1 Terminaciones naturales
El acabado natural dado por la boquilla deja una textura
de superficie irregular, que es adecuado para muchas
aplicaciones (figura 8.16).
Figura 8.16 El acabado “de boquilla “ puede ser adecuado para muchas aplicaciones.
8.17.3.2 Terminaciones decorativas
En aplicaciones donde se requiere una terminación con un
mejor alineamiento, apariencia o suavidad, el hormigón
proyectado se coloca con un espesor ligeramente superior al
indicado en las guías (maestras o moldes) y se deja fraguar un
momento para luego enrasar y recortar el exceso de material
para dejar a nivel de la guía maestra, es lo que se denomina
acabado con regla, el que puede ser vertical u horizontal,
pero la superficie sigue exhibiendo la marca de los áridos
arrastrados durante el enrasado. Es posible entonces, si es
necesario, alisar con una llana de acero o un platacho de
madera que ofrecen un acabado más liso, además, es posible
pasar una esponja para mejorar la terminación sobre la
superficie ofreciendo un acabado final de alta calidad.
Figura 8.14 Aplicación de Shotcrete manual de forma metódica, desde abajo hacia
arriba, considerar la posición de la boquilla con respecto al operador y su manipulación.
En general, en faenas de proyección de shotcrete manual,
un asistente va detrás del pitonero con una regla para cortar
y después alisar con una llana. Es una mala práctica aplicar
una llana demasiado fuerte ya que esto altera el hormigón
proyectado y destruye su compactación original.
71
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Es posible lograr formas arquitectónicas decorativas y únicas
de alta calidad con un operador experimentado, tales como
piedras, bloques de arenisca y paredes de roca (figura 8.17 y
8.18).
Figura 8.17 Terminación de muro imitación de roca.
8.17.4 Algunas aplicaciones
8.17.4.1 Muro de contención
La secuencia de fotos de las figuras 8.19 muestra el método
por el cual un muro de contención reforzado puede ser
construido en una serie de paneles construidos en secuencia
con la proyección de shotcrete entre pilas. El proceso se inicia
Figura 8.18 Terminación lisa de un Skate-Park
con la instalación de las pilas seguido por la instalación de los
anclajes de terreno y del acero de refuerzo de acuerdo a las
dimensiones y perfil requerido. La proyección comienza en
la base de cada panel (a) y avanza hacia la parte superior (b).
Una vez que la parte superior se ha completado se establecen
los niveles de la superficie de hormigón proyectado (c) y se
nivela/enrasa la pared (d). Las paredes son platachadas (e)
antes de aplicar un acabado final con una esponja (f).
Figura 8.19 Proceso de proyección en muro vía shotcrete manual.
72
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
8.17.4.2 Piscina
Para construir una piscina usando hormigón proyectado,
se colocan los moldajes y se instala el refuerzo y la grifería
completa, desagües, etc. (ver figura 8.20). La proyección se
inicia desde la parte inferior de cada pared y procede hacia
arriba hasta que las paredes están terminadas (b), a medida
que se va terminando de proyectar las paredes comienza el
corte y enrasado, en primer lugar la parte superior y luego
hacia la base (c) y (d). A continuación se proyecta sobre
el suelo (e) y finalmente los peldaños y otros elementos
decorativos son terminados a mano (f).
a
b
c
d
Figura 8.20 Construcción de una piscina con hormigón proyectado.
e
f
73
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
8.17.4.3 Canales y tranques de agua
El shotcrete es un método efectivo para colocar el hormigón
en superficies en contacto con el suelo para producir
estructuras tales como los tanques de retención de líquidos.
La secuencia de fotos en la 8.21 muestra la construcción
de un tanque de retención de aguas lluvia. Después de la
excavación y la colocación del refuerzo y de las instalaciones
de servicios que sean necesarias (a), la proyección comienza
en la base de cada pared inclinada (b) y procede hacia
arriba hasta el coronamiento (c). La superficie ya proyectada
es progresivamente cortada, enrasada y se le da una
terminación lisa (si se requiere) hasta que todos los muros
hayan sido completados (d). En la base se aplica la misma
mezcla de hormigón proyectado utilizada para las paredes
(e). El suelo y las paredes son terminados con llanas de acero
o herramientas para pisos industriales (f).
Figura 9.21 Construcción de canal con hormigón proyectado.
74
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
8.18 Aplicación robotizada (mecanizado)
La proyección con equipos robotizados se utiliza ampliamente
en la minería a cielo abierto y subterránea y en las actividades
de construcción de túneles civiles y en estabilización de
taludes. Este tipo de proyección (con mayor frecuencia en
el uso del sistema de mezcla húmeda) permite la aplicación
de un mayor volumen de hormigón proyectado y tiene la
ventaja que el operador puede guiar un brazo (telescópico o
articulado) que tiene montada una boquilla, esto le permite
llegar a zonas que de otra forma serían inaccesibles (ver
figura 8.23).
Esta sección se refiere principalmente a la utilización de
equipos móviles de mezcla húmeda de hormigón proyectado
como se describieron en el capítulo 6. Aun cuando se tendrá
en cuenta otros equipos, el énfasis principal se encuentra en
las máquinas típicas que se muestran en la figura 8.22.
Entre las ventajas del uso de plataformas mecanizadas de
proyección de shotcrete (ya sea equipos tele comandados
directamente por un operador o equipos de accionamiento
programado como en las TBM), además de facilitar la aplicación
en puntos inaccesibles y mantener al operador relativamente
a salvo de áreas peligrosas por desprendimientos, polvo,
rebote, etc.; éstos equipos permiten mantener controlados
factores muy importantes para la calidad resultante del
hormigón proyectado, como el ángulo y distancia uniforme
de la boquilla de proyección respecto del substrato y
eventualmente el espesor de capa proyectada.
Figura 8.22. Variedad de equipos robotizados para shotcrete.
Considerando que (en el caso de los equipos tele comandados)
el factor humano (aptitud del operador) y el diseño del brazo
robotizado inciden directamente en los puntos mencionados;
el de diseño y construcción de los equipos modernos tiende
a la construcción de brazos hidráulicos que contemplen en
su diseño el principio del paralelogramo que permita, con la
menor cantidad de movimientos o comandos dependientes
del operador, mantener el ángulo y distancia de proyección.
Es por eso que cada vez más los fabricantes de equipos se
enfocan en la incorporación de sistemas de medición del
substrato en tiempo real y se están considerando nuevos
diseños de brazos mecanizados distintos a los sistemas
simples de brazo tipo pluma telescópica que tienden a la
obsolescencia.
Otros puntos importantes en el desarrollo de los equipos
modernos de shotcrete mecanizado son la tendencia al
bombeo del hormigón totalmente libre de pulsaciones,
mediante sistemas de control programado de los fines de
carrera en cada embolada y a la programación del dispositivo
de dosificación de acelerante proporcional al caudal de
hormigón bombeado.
Resumiendo, las ventajas principales de la proyección
robotizada incluyen una mayor velocidad de producción,
cubrir secciones de mayor magnitud en extensión y altura,
eventualmente en túneles podría reducir los tiempos de ciclo,
una mayor seguridad para el operador, el ahorro de costos
debido a la reducción de uso de equipos auxiliares y mano de
75
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
obra comparado con shotcrete manual, un mejor control de
productos y producción, disminución en la carga efectiva de
trabajo asociado a las faenas de shotcrete, disminución del
rebote y una mejor condición de trabajo para la cuadrilla que
acompaña al operador.
Cuando se trabaja en pendiente las ruedas del camión mixer
deben quedar calzadas de modo que no se produzca un
movimiento incontrolado de la maquinaria. La máquina de
hormigón proyectado se estabiliza mediante el uso de “patas”
tipo gato hidráulico. El camión mixer convencional de uso
en ciudad no es totalmente recomendable para el uso en la
minería, ya que no tienen frenos de suficiente capacidad.
Figura 8.23. Componentes de un equipo de shotcrete para vía húmeda.
8.18.1 Puesta en marcha
Los equipos de proyección de shotcrete se abastecen
normalmente con hormigón mediante el uso de un camión
mixer o agitador. Estos camiones se pueden utilizar tanto
para mezclar y transportar el hormigón o simplemente para
transportarlo (ver figura 8.24). Normalmente, se descarga la
mezcla de hormigón en una tolva situada en la parte trasera
del equipo. El camión mezclador de hormigón retrocede
hasta la tolva guiado por un asistente que siempre debe estar
observando la descarga de la mezcla. Este ayudante debe
estar visible para el operador del camión en todo momento.
Todo el personal involucrado en este proceso debe estar
consciente del riesgo de aplastamiento entre la tolva y la parte
trasera del camión agitador, es decir, la comunicación es de
vital importancia, especialmente en un entorno subterráneo
que puede ser oscuro y ruidoso.
Figura 8.24 Nuevos desarrollos en camión agitador y mixer, con control de descarga .
8.18.2 Procedimiento de la proyección
8.18.2.1 Actividades Previas
Antes de cualquier proyección de hormigón, el equipo debe
ser cuidadosamente recubierto con una capa de desmoldante
(o similar) para ayudar con la limpieza de la máquina después
de la faena de shotcrete.
La boquilla de hormigón proyectado debe ser revisada
constantemente después de cada faena, para verificar su
limpieza y desgaste. Tanto la boquilla como el cuerpo difusor
del acelerante y aire, son factores que pueden afectar la
velocidad del hormigón proyectado a través de la boquilla
y por lo tanto la compactación que se logra. La mayoría de
las boquillas tienen algún tipo de marcador de desgaste
incorporado a su diseño que indicará cuando deben ser
cambiadas.
76
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
Las líneas del acelerante también deben ser revisadas
antes de que comience la proyección. Se realiza cerrando la
válvula de aire de la boquilla, apuntando hacia el suelo (para
detener el acelerante que pueda devolverse por la línea de
hormigón) y de a poco encender el suministro de aire para
verificar que no haya fugas y la presión este correcta antes de
activar el paso del acelerante. El flujo del acelerador se puede
comprobar observando el medidor en la bomba de aditivos,
o se evalúa tomando el tiempo de llenado de un recipiente
calibrado. Así mismo, debe asegurarse que la dosis coincide
con las recomendaciones del fabricante para el contenido de
cemento de la mezcla a proyectar.
al punto de proyección. Cuando se opera en un extremo del
túnel, el operador tendrá que estar a un costado del equipo
para proyectar la primera mitad y luego requerirá caminar
alrededor de la máquina y del camión a una segunda posición
en la que el área que se va a proyectar en el otro lado del túnel
sea visible desde su nueva posición.
8.18.3 Técnica de proyección
Para minimizar el rebote y maximizar la compactación, la
boquilla se debe mantener siempre a una distancia de 1 a 2
metros de la superficie que se está proyectando. También es
importante el correcto ángulo de la boquilla, el que debería
ser, en lo posible, perpendicular a la superficie.
El operador debe proyectar primero en todas las fisuras y fallas
para asegurarse que están llenas de hormigón proyectado.
Todos los ángulos “escondidos” (sombras) y posibles zonas de
acumulación de rebote se deben proyectar en segundo lugar
(ver figura 8.26). Después de ello, se puede proyectar sobre
el sustrato la primera capa de shotcrete. El operador debe
comenzar en el punto más bajo y trabajar hacia delante en un
patrón oscilatorio horizontal para rociar una capa uniforme
de hormigón proyectado sobre la superficie.
Figuras 8.25 Esquema del proceso y flujo de aire, aditivo aceletrante y hormigón al
interior del cabezal y tobera del equipo de shotcrete.
La bomba de hormigón y toda la línea se debe lubricar
con algún tipo de lechada o similar. Este material debe
ser descargado sobre algún recipiente y nunca sobre
la superficie que será proyectada. (dependiendo de la
normativa medioambiental a que este sujeto el proyecto o
área de trabajo pueden existir disposiciones especiales para
la manipulación de estos líquidos, por tanto tampoco debiera
ser vaciado al suelo); El cebado o lubricación puede ser
innecesario si las líneas están todavía húmedas tras la limpieza
de una carga reciente. El operador debe evaluar el estado
de la mezcla de hormigón proyectado previo a la descarga.
El asentamiento del hormigón proyectado generalmente
puede ser evaluado visualmente por un operador con
experiencia o, alternativamente, se puede realizar un ensayo
de asentamiento. El operador debe también aprovechar esta
oportunidad para comprobar que la mezcla no evidencia
la formación de bolas de fibra u otros bultos grandes que
pueden causar bloqueos. La rejilla protectora sobre la tolva
de hormigón debe estar siempre en su posición y activado
el vibrador para ayudar a descender la mezcla. El uso de la
parrilla es relevante para detener cualquier material de un
tamaño excesivo que pueda entrar en la tolva.
Antes de que comience la proyección, el operador debe
estar en una posición donde disponga de buena visibilidad
Figura 8.26 Áreas comunes en un túnel que producen problemas de rebote y sombra.
Otros alcances sobre la técnica que permiten la disminución
del rebote fueron analizados en el punto de shotcrete por vía
manual.
El hormigón proyectado se aplica generalmente en capas
de aproximadamente 25 mm para evitar el desprendimiento
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
de material, especialmente en aplicaciones sobre cabeza. El
operador debe esperar al menos unos diez minutos entre
capas para asegurar que el hormigón fragüe y permita
una adherencia que pueda sostener la segunda capa. La
mayoría de las aplicaciones de minería requieren un espesor
de hormigón proyectado de entre 50 mm y 100 mm y las
aplicaciones civiles requieren normalmente un espesor
superior a 100 mm.
en la zona con hormigón fresco. En todas las zonas recién
proyectadas se debe indicar que existe riesgo por “hormigón
proyectado húmedo”.
Es importante controlar el espesor para asegurar que se
está logrando no sólo el espesor adecuado sino también
que la aplicación es de espesor uniforme y que el hormigón
proyectado no se desperdicia debido a un espesor
excesivo. Los métodos de control de espesor durante la
proyección incluyen el uso de sondas de metal, de una
longitud establecida, montadas en el extremo de la pluma
para comprobar la profundidad del hormigón proyectado
húmedo y también se puede usar “puntas” como indicadores
de profundidad antes de que comience el rociado. Ambos
métodos tienen algunas desventajas:
Las “puntas” (usadas para ser instaladas en el revestimiento
del túnel) montadas sobre el brazo pueden causar daños en
el sistema hidráulico, dicho sistema es delicado y sensible
a los golpes o contrafuerzas además no detectan sobre
espesores ni dejan un registro permanente del espesor. El uso
de indicadores de profundidad aplicados de manera previa
toman un tiempo de instalación y podrían desprenderse
por la fuerza de la proyección o quedar “oscurecidos” por el
shotcrete (ver fotografía en figura 8.27a). Ambos métodos
sólo proporcionan datos puntuales, y cuando se aplica a
superficies rugosas de hormigón proyectado esto puede
estar muy lejos de ser representativo del espesor real.
El espesor de hormigón proyectado también puede medirse
después de la proyección por otros métodos. El método más
común en uso es la perforación y medición de agujeros con
una sonda o varilla de acero liso, aunque el pequeño número
de perforaciones realizadas combinado con el hecho que
sólo proporciona datos puntuales de un área en particular
sugieren que este método es de un valor cuestionable, (ver
fotografía en figura 8.27b).
También hay una amplia evidencia que los agujeros
perforados para las mediciones se transforman en puntos de
inicio para la fisuración del hormigón proyectado. Se puede
obtener datos más representativos mediante el escaneo
tridimensional con equipos láser del área que está siendo
proyectada, y más recientemente, a través de la fotometría.
Se realiza un escaneo justo después del hidro lavado y otro
después de la proyección y ambas mediciones se comparan
con lo que se obtiene un “mapa del espesor” (ver figura 8.27c).
Si se requiere el acceso a la zona para continuar con el
avance del túnel, es normal que la proyección de shotcrete
sea comprobada a través de un panel de ensayo (panel
de reingreso) para habilitar el reingreso. Este panel se
debe marcar con la fecha y la hora de proyección, y con
un penetrómetro se puede comprobar el desarrollo de
resistencia del hormigón proyectado sin tener que entrar
Figura 8.27a Control de espesor. Puntas adheridas al sustrato.
Figura 8.27b Control de espesor por perforación.
Figura 8.27c Control de espesor con escáner.
8.18.4 Limpieza del equipo
La limpieza debe realizarse inmediatamente después de la
proyección y debe ser realizada de manera completa para
evitar cualquier acumulación de hormigón dentro de la tolva
y líneas y en el cuerpo difusor del acelerante y hormigón.
Debemos asegurarnos que la bomba está apagada y estable
previo a la limpieza.
78
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Capítulo 8: Aplicación del Hormigón Proyectado
Se debe desmontar la boquilla para un correcto aseo de la
línea. La boquilla puede ser bombeada con agua y soplada
con aire para su correcta limpieza.
La tapa de la tolva debe estar abajo y la compuerta debe
estar abierta para que se pueda desechar cualquier resto de
hormigón proyectado fuera de la tolva. Todas las líneas de
flujo de hormigón deben ser sopladas, primero con aire y
luego con agua para limpiar las líneas hasta que el agua que
salga sea clara.
Los cilindros de la bomba se deben inspeccionar para
asegurarnos de que están libres de hormigón y verificar
desgastes y otros posibles problemas.
Todo el equipo finalmente debe limpiarse a alta presión y
volver a pulverizar aceite desmoldante en las partes móviles.
instalaciones de servicio u otros elementos de apoyo,
entonces se puede colocar bajo la plataforma una boquilla
para la proyección de shotcrete, de esta manera el hormigón
proyectado se puede aplicar a las paredes del pozo por
adelantado, sin riesgo para el operador.
Se han desarrollado también equipos de control completo a
distancia (figuras 8.29) para este uso en los piques donde no
existe la posibilidad de acceso de personal. El equipo se opera
desde una cabina de control en la superficie y baja por medio
de un sistema de cables y con apoyo en los costados con ejes
rodados.
Es posible instalar un sistema de cámaras para controlar
la proyección. Se ha conseguido llegar hasta 400m de
profundidad. Por lo general, se utiliza hormigón proyectado
seco en aplicaciones verticales superiores a 50m de
profundidad, esto debido al peso del material fresco que se
transmite por las líneas de traslado de material.
Figura 8.29 Equipo de shotcrete para shaft.
Figura 8.28 Limpieza del equipo de shotcrete.
8.18.5 Aplicación de métodos especializados
Se han desarrollado otros métodos mecanizados de
aplicación de hormigón proyectado para aplicaciones
más especializadas. Como en el revestimiento de pozos,
piques y otras perforaciones verticales con hormigón
proyectado aplicado de forma remota y el uso de máquinas
de hormigón proyectado con tuneladoras. Ambos métodos
han aumentado en popularidad debido a los estándares
de seguridad cada vez más exigentes que buscan eliminar
personal desde las áreas donde existe riesgo por la presencia
de suelos sin sostenimiento
El montaje es similar a las construcciones de anillo para
brazos manipuladores de TBM. La diferencia es el ángulo o
la dirección en la que el vehículo portador, en este caso una
plataforma, se desplaza ya sea para bajar o subir dentro de un
pozo vertical. Dependiendo del diámetro del pozo, se utiliza
un brazo montado en un anillo de la plataforma
8.18.5.2 Shotcrete en TBM (tunnel boring machine)
La aplicación de hormigón proyectado puede ser incorporada
en el montaje de una tuneladora, ya sea montando una
boquilla de proyección de hormigón que va a ser operada
manualmente o por un equipo de shotcrete robotizado
montado directamente sobre la tuneladora (figura 8.30).
8.18.5.1 Shotcrete remoto en shaft
Se utilizan dos tipos de aplicación con hormigón proyectado
en desarrollos verticales. Cuando se utiliza una plataforma
de trabajo para que los operadores puedan instalas pernos,
Figura 8.30 Brazo para aplicación de shotcrete montado en una TBM.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
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Capítulo 9: Requisitos de Calidad y Desempeño
9
CAPÍTULO
Requisitos de Calidad y Desempeño
9.1 Control de calidad – Q&A
Un adecuado programa de aseguramiento y control de
la calidad es esencial para obtener un proyecto u obra de
hormigón proyectado acorde a los requisitos de diseño
establecidos. El objetivo de un plan de gestión de la calidad,
que asegure los procesos definidos y controle la calidad del
producto, es obtener como resultado el hormigón proyectado
que cumpla con los requisitos establecidos para el proyecto.
Abarca diferentes facetas desde la producción a la colocación
de hormigón proyectado. Por lo general, comienza con
el diseño de la mezcla, la aprobación de los materiales
constituyentes, pruebas en laboratorio y a escala industrial y
la selección de personal calificado (de preferencia certificado)
y, por último, la realización de pruebas y ensayos del shotcrete
colocado. En todos los proyectos se debe considerar ensayos,
tanto previos a la ejecución de la construcción que son parte
de la validación del diseño y luego durante la ejecución como
verificación del cumplimiento de los requisitos especificados.
En caso de incumplimiento de los criterios de conformidad
del control de producción e inspección de hormigón
proyectado, las medidas que deben adoptarse incluyen
pruebas a los materiales constituyentes, a la mezcla, al
hormigón proyectado, al equipamiento para la producción y
al traslado intermedio de la mezcla.
El laboratorio que realice las pruebas y ensayos debe
evidenciar competencia y experiencia con las pruebas de
hormigón proyectado, idealmente debe ser un laboratorio
acreditado en la disciplina. Los equipos de medición y ensayo
utilizados deben estar bajo un estricto control metrológico y
deben ser parte de un programa de calibración, mantención
y verificación, definido y controlado, el cual debe llevarse a
cabo y debe estar disponible documentalmente durante
todo el proyecto.
Los materiales constituyentes tienen que ser comprobados
por la administración del proyecto (laboratorio de autocontrol
de la obra) además de recibir certificados de ensayos de
laboratorios externos.
Conforme a lo señalado en la “Guía de Hormigón Proyectado
Austriaca 38 ” (tablas 11.1 a 11.5), las pruebas previas a la
construcción se llevan a cabo en los siguientes pasos:
• Verificación de la idoneidad de los materiales
constituyentes, compatibilidad del agua cuando
no sea potable, caracterización de los áridos según
el tipo de exposición del proyecto, tipo de cemento
y composición considerando también la exposición
y durabilidad, compatibilidad entre el cemento y los
aditivos, etc.
• Verificación de la idoneidad del equipo de mezcla y
dosificación (planta de hormigón, en especial cuando
es en obra), verificación del equipo de proyección,
capacidad nominal versus rendimiento efectivo,
sistemas de calibración de bombas chequeados y
comprobados, equipos suplementarios y disposición de
suministros conforme a requerimientos del proyecto.
• Verificación de la mezcla: en laboratorio, en prueba
a escala industrial, verificación de la docilidad y su
mantenimiento, rendimiento de la mezcla. Todas estas
pruebas se realizan sin acelerante.
• Verificación del hormigón proyectado, mediciones
de proyección, rebote y mediciones con acelerante,
pruebas de resistencia temprana y madurez, resistencia
a los días solicitados y a 28 días, medición de
impermeabilidad, etc.
Las pruebas las debe realizar un organismo de inspección
acreditado u organismo idóneo que dé tranquilidad a las
partes; las pruebas de proyección y resistencia inicial se
deben realizar en presencia de un profesional con experiencia
perteneciente al organismo acreditado y/o al mandante.
9.2 Ensayos pre-construcción
Al menos unos 2 meses antes de comenzar la construcción,
idealmente 6 meses, se deben realizar ensayos en paneles
de prueba con las mezclas propuestas. Para realizar estas
pruebas se debe contar con un operador con experiencia y el
equipo de hormigón proyectado debe estar en buen estado
de funcionamiento y con sus equipos de bombeo calibrados.
Los paneles de ensayo deben ser normalizados según el uso
y aplicación de que se trate, la definición de este panel es un
problema recurrente cuando no se especifica el documento
de referencia para el panel y que finalidad cumplirá.
A modo de ejemplo, se debe prestar atención cuando se
consideran recomendaciones como “ACI506.2_95” 36 ya que
este documento incluye en sus paneles barras de refuerzo
para medir la calidad del operador y verificar la mezcla. Es
81
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
común ver especificaciones solicitando evaluar el hormigón
pidiendo el panel sin armadura o el llenado con fibras.
Los paneles de ensayo durante la proyección deben estar
inclinados en un ángulo de aproximadamente 20˚ contra una
superficie vertical. Se recomienda fabricar por lo menos 3
paneles para la extracción de testigos y por lo menos otros 3
paneles para absorción de energía por cada tipo de mezcla o
dosis de acelerante a evaluar; esto permitirá la determinación
de puntos de referencia de rendimiento durante las pruebas
previas a la construcción con una batería suficiente de
pruebas preliminares, con una combinación de los tipos de
cemento, aditivos y fibras a utilizar.
Las pruebas que por lo general se realizan, son las de resistencia
a la compresión, absorción de energía, permeabilidad y
resistencia temprana. Los paneles de ensayo se deben cubrir
con plástico y/o agentes de curado tan pronto como sea
posible después de la proyección para evitar la pérdida de
humedad. Cuando se ha demostrado que los materiales,
diseños de mezcla, equipos, procedimientos y personal
han dado resultados satisfactorios en obras similares,
estos antecedentes pueden ser utilizados como respaldo
para nuevas aplicaciones Si es necesario, en las muestras
solicitadas puede evaluarse la terminación superficial si ello
está especificado.
Los siguientes aspectos se deben evaluar como parte de la
pre-calificación de una mezcla:
• Resultado de las pruebas de resistencia temprana y
en estado endurecido a las edades especificadas por
norma y por el proyecto.
Los paneles deben ser inspeccionados para asegurar que
se alcance el espesor mínimo y al momento de realizar
cortes al panel las superficies de corte deben estar libres de
defectos tales como “vacíos”, “laminaciones” y “regiones mal
consolidadas”, “lentes de arena”, “zonas con rechazo”, etc. Se
debe evaluar las medidas necesarias para lograr una densidad
homogénea del hormigón proyectado sin segregación, sin
desprendimiento, sin “planchones”, rebote excesivo, u otras
imperfecciones visibles durante la proyección.
El informe a presentar debe al menos contener lo siguiente:
• Verificaciones de la idoneidad de los materiales
constituyentes.
82
• Resultado promedio de las propiedades en estado
endurecido para cada hormigón especificado, sin
adicionar acelerante y muestreado en un hormigón no
proyectado (muestra nula).
• Resultado promedio, para cada parámetro especificado
del hormigón proyectado, con testigos extraídos de
paneles de ensayo. Con dosis predeterminadas de
aditivo acelerante y con la identificación el operador.
• Promedio de la densidad endurecida y densidad fresca
del hormigón recibido en la obra.
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• Prueba de los materiales constituyentes, así como su
combinación (prueba de compatibilidad)
• Composición de la mezcla.
• Pruebas completas de la mezcla en estado fresco.
• Identificación del tiempo abierto de la mezcla y el
uso de aditivos que modifican sus propiedades como
inhibidores de fraguado u otros.
• Equipo de proyección utilizado y los ajustes realizados
durante la pruebas.
• Condiciones ambientales durante la aplicación y las
condiciones de almacenamiento de las muestras.
• Fecha, hora, temperatura, operador y lugar de las
pruebas de proyección.
• Dosificación del acelerante, indicación de si se utilizó
aditivo de más de un proveedor y en que dosis.
• Lugar de prueba (paneles u otras superficies de
aplicación).
• Toma de muestras, etiquetado y transporte.
• Evolución del desarrollo de la resistencia temprana.
• Las pruebas de hormigón endurecido.
Los informes de ensayo deben contener la información sobre
el procedimiento de ensayo y resultados requeridos en las
normas pertinentes.
9.2.1. Prueba del diseño y composición de la
mezcla
Para el cálculo del diseño de mezcla se recomienda utilizar un
máximo contenido de aire de 3.0 % o definir dicho valor de
común acuerdo.
El alcance de las pruebas se debe detallar con anticipación.
El tiempo de la mezcla (tiempo abierto o trabajable) se
debe establecer durante la prueba previa a la construcción.
La extensión máxima permitida es la que se alcanza con el
máximo contenido de agua y la dosis superplastificante
admisible.
9.2.2. Prueba del hormigón proyectado
Las pruebas de laboratorio son una buena guía sobre el
comportamiento, pero no pueden sustituir a la prueba previa
a la construcción con el material de obra final. La eficacia de
los aditivos para hormigón y su compatibilidad cruzada (en
caso de usar varios aditivos) debe ser verificada en la prueba
previa a la construcción del hormigón proyectado.
Capítulo 9: Requisitos de Calidad y Desempeño
Durante la prueba previa a la construcción de hormigón
proyectado se debe medir constantemente la docilidad, el
desarrollo de la resistencia temprana y la consistencia de la
mezcla.
Cuando se utiliza mezcla húmeda, se debe probar dos dosis
del acelerante considerado. Las dos dosis representan los
umbrales del rango de aplicación. Por tanto, se debe medir la
resistencia inicial con ambas dosis.
9.3 Frecuencia de ensayo y pruebas
La frecuencia de las pruebas de hormigón proyectado
dependerá del tipo de proyecto en consideración, la
importancia de la estructura y el volumen total de hormigón
proyectado involucrado. La frecuencia de las pruebas se
puede especificar tomando como base el volumen de
hormigón proyectado consumido, la superficie de shotcrete
colocado o el tiempo transcurrido en relación a la duración
del proyecto.
Las frecuencias recomendadas para proyectos subterráneos y
túneles civiles se dan en la tabla 9.1 (basada en una propuesta
de la Asociación Australiana de Shotcrete). Las condiciones
de la roca en minería pueden ser más seguras por lo que se
podría considerar una menor frecuencia.
Tabla 9.1 Frecuencia recomendada para ensayos en obras civiles y proyectos subterráneos. Basada en una propuesta por la Asociación Australiana de Shotcrete.
*
**
** En minería, una o dos veces por semana.
**En minería, uno por semana, o cada 250m 3 , o cualquiera que sea el más frecuente.
Otro enfoque es aquel que entrega la guía EFNARC en su
edición de 2009. Esta guía indica que la frecuencia de los
ensayos debe ser establecida por el diseñador, teniendo en
presente la función del hormigón proyectado (incluyendo
la integridad estructural), su vida de diseño, la dificultad de
instalación, la clasificación de exposición ambiental y las
consecuencias de una falla.
frecuentes para informar de dichos valores, además de la
introducción sistemática de mejoras al proceso.
Tabla 9.2 Frecuencia de control, según EFNARC.
EFNARC Define tres niveles de frecuencia de control (mínimo
I, normal II, exhaustivo III), no hay requisitos especiales para la
definición en las clases de control I y II. En la clase de control
III debe existir una planificación detallada para el proyecto
con un ingeniero de control de calidad dedicado a controlar
y asegurar la calidad y la frecuencia de los ensayos, y para
realizar el análisis de los resultados y mantener reuniones
83
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
9.3.1 Control de arranque
En algunas obras, especialmente en túneles, puede ser
conveniente considerar un control de arranque. Este
corresponde a los controles que se efectúan desde el inicio
de la construcción hasta los primeros 500 m 3 de shotcrete
proyectado, considerando la ejecución de todos los ensayos
establecidos como aceptación de shotcrete (ver capítulo 10).
Las pruebas de los ensayos se ejecutan dentro de cada 100
m 3 hasta completar 5 resultados continuos satisfactorios. Una
vez completado y aprobado el control de arranque, con la
evaluación de los resultados se comienza con las frecuencias
establecidas en el plan de inspección y ensayos indicado
para cada tipo de pruebas. Las pruebas continúan con la
frecuencia del plan de inspección y ensayos del capítulo 10,
siempre y cuando los resultados sean satisfactorios y no se
hagan cambios a los materiales, equipos o ejecución. Si una
prueba resulta en incumplimiento o se producen incidentes/
cambios, la frecuencia de prueba debe ir de nuevo a la
frecuencia de arranque, o sea 1 cada 100 m 3 por 500 m 3 .
Un esquema para lo anterior es el indicado en la figura 9.1:
adecuadamente. En la tabla 9.3 se muestra un ejemplo de un
plan básico de control.
9.4.3 Registros
Se debe mantener registros precisos del suministro de
hormigón y colocación del hormigón proyectado para
cada proyecto. Los registros deben incluir, como mínimo, lo
siguiente:
• El plan de producción de la planta y de los despachos
entregados a la bomba de hormigón/equipo de
proyección.
• Listado del personal de operación, conductor, operador
y ayudante/asistente.
• En el área de proyección cada día se debe registrar
las referencias del lugar, área de proyección y
observaciones de la proyección en relación al material
y dónde fue colocado el material recibido por el equipo
de transporte e identificar si fue más de un equipo el
que descargó.
• Los problemas en los equipos que puedan dar lugar a
un hormigón proyectado defectuoso.
• Ubicación de las juntas no programadas y su
tratamiento.
Figura 9.1 Control de arranque
9.4 Sistemas de calidad
9.4.1 Generalidades
Cada proyecto en particular debe tener un nivel de requisitos
de aseguramiento de la calidad o sistema de calidad. Se
debe preparar para cada proyecto un plan de calidad del
hormigón proyectado, el que se puede utilizar como un plan
independiente o se puede integrar al sistema de calidad
general del proyecto.
9.4.2 Planificación y aseguramiento de la calidad
Proyectar hormigón de manera exitosa requiere un plan de
gestión de calidad detallado y completo que proporcione
trazabilidad a todos los aspectos del proceso y permita que
el contratista tome medidas eficaces, puntuales y apropiadas
si se detecta algún problema (ISO 9001). El aseguramiento
de la calidad insta a los contratistas al auto-diagnóstico
de los problemas y a la mejora continua de los procesos. El
aseguramiento de la calidad no debe ser visto como una
carga, sino una oportunidad para aprender acerca de la
proyección de hormigón y para mejorar las habilidades y
métodos de optimización del rendimiento del hormigón
proyectado en su conjunto. El aseguramiento de la calidad es
particularmente útil en el entrenamiento del personal, pero
solo si ellos están en el circuito de retroalimentación respecto
al desempeño y si los registros se auditan y mantienen
• Registro de la documentación utilizada (Metodologías,
instructivos, etc.)
• Informes de auditorías o inspecciones realizadas a los
procesos y/o productos.
• Registro de cambios realizados, acuerdos con el cliente,
interferencias, etc.
• Registros de equipos utilizados, con sus respectivas
calibraciones.
• Registros de pruebas y ensayos, con sus respectivos
informes de ensayos.
9.5 Alcances de Norma ISO 9001
Es necesario separar las responsabilidades en todo proceso
que apunte a la calidad a fin de beneficiar a las partes
involucradas. Es así que la norma ISO 9001 propone tres
formas o sistemas de control de calidad aplicables a las obras
de la industria, para nuestro caso el hormigón proyectado -
shotcrete, a saber:
a.
Control de Calidad realizado por el Mandante, este
esquema consiste en que el mandante asume la
responsabilidad por el control de calidad de todas
las actividades y materiales que son elaborados y/o
aplicados en un proyecto de construcción, de cualquier
tipo.
84
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b. Control de Calidad efectuado por el contratista, en este
caso el control de calidad de los productos elaborados
en la obra y los materiales queda entregado totalmente
al contratista, quién debe asegurar el cumplimiento de
las especificaciones del proyecto. (Autocontrol).
c.
Tabla 9.3 Ejemplo de un plan básico de control.
Capítulo 9: Requisitos de Calidad y Desempeño
Sistema Mixto, este sistema combina los dos anteriores
en el sentido de responsabilizar al contratista
directamente por el control (mediante su propio
autocontrol) de calidad de la obra y al mandante o a
quien éste designe (puede ser la inspección técnica)
de verificar y validar que este control se efectúa
eficientemente.
85
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Conceptos a tener presente:
Calidad: Grado en el que un conjunto de características
inherentes cumple con los requisitos. “Inherente”, en
contraposición a “asignado”, significa que existe en algo,
especialmente como una característica permanente.
Control de la calidad: Parte de la gestión de la calidad
orientada al cumplimiento de los requisitos de la calidad.
Aseguramiento de la calidad: Parte de la gestión de la calidad
orientada a proporcionar confianza en que se cumplirán los
requisitos de la calidad.
Requisito: Necesidad o expectativa establecida, generalmente
implícita u obligatoria. “Generalmente implícita” significa
que es habitual o una práctica común para la organización,
sus clientes y otras partes interesadas y que la necesidad o
expectativa bajo consideración está implícita. Un requisito
especificado es aquel que está establecido, por ejemplo en
un documento. Los requisitos pueden ser generados por las
diferentes partes interesadas.
Trazabilidad: Capacidad para seguir la historia, la aplicación o
la localización de todo aquello que está bajo consideración.
Al considerar un producto, la trazabilidad puede estar
relacionada con:
- El origen de los materiales y las partes;
- La historia del procesamiento;
- La distribución y localización del producto
después de su entrega.
Inspección: Evaluación de la conformidad por medio de
observación y dictamen, acompañada cuando sea apropiado
por medición, ensayo/prueba o comparación con patrones.
Ensayo/Prueba: Determinación de una o más características
de acuerdo con un procedimiento.
Verificación: Confirmación mediante la aportación de
evidencia objetiva de que se han cumplido los requisitos
especificados. El término “verificado” se utiliza para designar el
estado correspondiente. La confirmación puede comprender
acciones tales como: la elaboración de cálculos alternativos,
la comparación de una especificación de un diseño nuevo
con una especificación de un diseño similar probado, la
realización de ensayos/pruebas y demostraciones, y la
revisión de los documentos antes de su emisión.
Validación: Confirmación mediante la aportación de
evidencia objetiva de que se han cumplido los requisitos para
una utilización o aplicación específica prevista. El término
“validado” se utiliza para designar el estado correspondiente.
Las condiciones de utilización para la validación pueden ser
reales o simuladas.
Eficacia: Grado en que se realizan las actividades planificadas
y se alcanzan los resultados planificados.
Evaluación de la conformidad: Demostración que se
cumplen los requisitos especificados relativos a un producto,
proceso o sistema, persona u organismo.
86
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Capítulo 10: Métodos de Ensayo
10
CAPÍTULO
Métodos de Ensayo
10.1 Introducción
Numerosos ensayos se han desarrollado con el fin de
determinar las propiedades del hormigón proyectado en los
estados húmedo y endurecido. La siguiente es una lista de
métodos de ensayo disponibles para la determinación de
estas propiedades. La experiencia en el uso regular de cada
uno de estos métodos de ensayo aumenta la confiabilidad de
los resultados. En Chile los ensayos definidos para hormigón
proyectado en general no están normalizados y se han ido
adaptando de la experiencia extranjera o recomendaciones
de empresas proveedoras de productos o servicios.
Es importante que el laboratorio encargado de realizar los
ensayos esté acreditado y que sus técnicos y especialmente
quienes desarrollen los ensayos estén capacitados y
sus competencias estén certificadas por organismos
competentes ajenos al laboratorio donde trabajan.
El Instituto del Cemento y del Hormigón desarrolla programas
de capacitación y certificación tanto en la realización de
ensayos como en la supervisión de proyectos de shotcrete,
los que permiten mejorar las capacidades y habilidades de
técnicos y profesionales.
En esta guía se dan recomendaciones respecto a los métodos
de ensayo más adecuados, siguiendo las prácticas de la
industria en nuestro país y en otras zonas geográficas que
cuentan con una extensa experiencia en el tema como
son Europa y Australia. En el capítulo bibliografía se puede
encontrar un listado de normas de ensayo aplicables al
hormigón proyectado. El orden de los ensayos en este
capítulo se agrupa de acuerdo a los distintos estados del
hormigón proyectado. Se incluye ensayos para hormigón
fresco, en estado de fraguado inicial (resistencia temprana)
y para hormigón endurecido, finalmente se presentan
ensayos o recomendaciones para verificar otros requisitos del
hormigón ya colocado o de la faena asociada.
Para cada uno de los ensayos se citan normas tanto chilenas,
ASTM, normas UNE, de algún otro país o recomendaciones
generales de organismos o instituciones reconocidas en
el tema. En algunos casos solo se menciona el número y
no el nombre de la norma, para ello se debe revisar en la
bibliografía la nómina de normas citadas para este capítulo.
10.2 Métodos para la medición del hormigón
fresco.
Para realizar los ensayos en el hormigón fresco, el laboratorio
o técnico destinado para ello debe realizar en primer lugar
la extracción de una muestra de hormigón fresco desde
el medio de transporte, según NCh171 o ASTM C172. Se
debe considerar que para los siguientes ensayos se requiere
una cantidad no inferior a los 30lts, a modo referencial se
puede señalar que una carretilla estándar para hormigón
posee un volumen suficiente para realizar los ensayos que a
conntinuación se recomiendan.
10.2.1 Asentamiento de cono
La docilidad del hormigón proyectado se mide normalmente
de la misma forma que para el hormigón convencional de
conformidad con NCh1019 o ASTM C143. El aparato de ensayo
debe ser colocado en un terreno liso y debe humedecerse
antes de su uso. El hormigón se coloca en el aparato de
ensayo, que consiste en un cono troncocónico, el que es
llenado en tres capas de aproximadamente igual volumen y
cada capa compactada con una varilla acero dando 25 golpes
antes de colocar la capa siguiente.
Después de que se ha completado la capa final la superficie
superior se enrasa con un movimiento de enrasado y
rolando en sentido inverso al avance. Finalmente se
levanta verticalmente el cono, todo esto en un tiempo de
aproximadamente 2.5min. La medida en que el hormigón
desciende por debajo de la altura del cono se conoce como
“descenso de cono” o “asentamiento” del hormigón y se
expresa en cm, según norma chilena o en mm según normas
ASTM. ver figura 10.1.
Figura 10.1 Medida del asentamiento de cono.
87
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
10.2.2 Ensayo de la mesa de sacudidas
El ensayo normado bajo el estándar UNE-EN 12350-5: “Ensayo
de Consistencia por la Mesa de Sacudidas” determina la
consistencia del hormigón fresco mediante la medida del
esparcimiento del hormigón sobre la mesa de sacudidas.
El hormigón fresco se vierte en primer lugar dentro de un
recipiente en forma de cono (en 2 capas), se compacta y se
enrasa la superficie superior del recipiente. El recipiente se
retira cuidadosamente, manteniendo la verticalidad en todo
momento.
Una vez que ha dejado de escurrir o asentar, la mesa se
levanta desde un extremo, manual o mecánicamente, 15
veces hasta el tope superior y se deja caer libremente hasta
que da con el tope inferior.
Finalmente se mide la dimensión máxima del hormigón
esparcido en las dos dimensiones paralelas a los bordes de
la mesa, pasando a través del centro (manual del hormigón
SIKA 40 ).
Figura 10.4 Imágenes del resultado de ensayo de la mesa de sacudidas.
10.2.3 Temperatura del hormigón.
Figura 10.2 Componentes del ensayo de la mesa de sacudidas. Normado por
UNE 12350-5.
Este ensayo está normado bajo ASTM C1064. Método de
ensayo normalizado para determinar la temperatura del
hormigón fresco con cemento hidráulico. Este método de
ensayo proporciona un medio para medir la temperatura
del hormigón recién mezclado. La temperatura medida es
representativa del momento en que se realiza el ensayo y no
es un indicador de la temperatura en un momento posterior
(ver figura 10.5).
Esta temperatura debe medirse siempre en un contenedor
donde el sensor éste cubierto unos 10 cm en todas las
direcciones.
Figura 10.3 Dimensiones del cono para ensayo UNE 12350-5.
Este ensayo permite observar el “asentamiento dinámico”
del hormigón y permite observar la características que el
hormigón podría desarrollar dentro de la línea de bombeo
que lleva el hormigón a la boquilla previo a la proyección,
producto de la presión de los cilindros contra la mezcla.
La siguiente imagen (figura 10.4 ) corresponde a un ensayo
realizado por ICH en sus actividades en terreno, en el que
fueron evaluadas una serie de muestras. Este método no está
normalizado en Chile.
Figura 10.5 Registro y medición de la temperatura.
88
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Capítulo 10: Métodos de Ensayo
11.2.4 Densidad del hormigón fresco
La normas NCh1564 y ASTM C138 establecen los
procedimientos para determinar la densidad aparente y el
rendimiento del hormigón fresco. Este método trata sobre la
determinación de la densidad del hormigón fresco y entrega
las fórmulas para calcular el volumen producido, contenido
de cemento y contenido de aire del hormigón.
Figura 10.6 Ensayo de densidad del hormigón fresco.
El procedimiento de llenado, vía norma Chilena es en 3 capas
de igual altura y cada capa se compacta con una varilla pisón
con 25 golpes por capa. Si se realiza con vibrador, colocar en
dos capas iguales y se inserta el vibrador 3 veces por capa. El
enrasado se realiza con placa no absorbente.
La densidad normal de un hormigón fluctúa entre los 2.100
y 2.500 kg/m 3 . La masa volumétrica del hormigón varía
dependiendo de la cantidad y densidad de los áridos, aire y
cantidades de agua y cemento.
10.2.5 Contenido de aire
La norma ASTM C231 permite la determinación del contenido
de aire en el hormigón fresco mediante el método de presión.
Este ensayo es particularmente importante ya que los aditivos
incorporadores de aire pueden mejorar o facilitar el bombeo
de las mezclas, además de especificarse cuando el hormigón
queda expuesto a zonas de ciclos de hielo y deshielo.
10.2.6 Contenido de fibras
El ensayo está normado bajo el estándar UNE-EN 14488-7
“Contenido en fibras del hormigón reforzado con fibras”.
Esta parte de la norma Europea especifica un método para
la determinación del contenido en fibras del hormigón
proyectado a partir de una muestra de hormigón fresco o
endurecido, es decir, antes o después del fraguado. Solamente
el método que utiliza una muestra fresca es apropiado para
fibras poliméricas, mientras ambos tipos, en hormigón fresco
o endurecido, son aplicables para fibras de acero.
• Estado fresco: El método consiste en tomar una
muestra conocida de hormigón proyectado desde
el panel (es necesario indicar de donde se extrajo la
muestra existiendo la posibilidad de extraer la muestra
desde el medio de transporte), tomar su peso (no menor
a 2kg.) y luego lavar el material hasta dejar solo las fibras,
estas una vez limpias con agua, son secadas y pesadas.
El contenido de fibra es proporcional al hormigón
despachado. El peso del contenido de fibras de acero
se aproxima en 0.1g y para las fibras poliméricas 0.01g
Para el caso de algunas fibras sintéticas, estas se deben
lavar en una solución con alcohol que permita que
estas floten para su retiro y secado, lo anterior debe ser
verificado con el proveedor de fibras.
• Estado endurecido: es necesario reventar una probeta,
desmenuzar completamente la probeta de hormigón,
extraer la fibra, lavarla con agua, secarla y pesarla.
Debido al tipo de ensayo y la adherencia de la fibra
polimérica con el hormigón y debido a su composición
esta fibra tiende a dividirse en varias fibras por lo cual se
hace muy difícil su extracción completa. Debido a esto
último, no se recomienda el conteo de fibra polimérica
en hormigón endurecido.
La Asociación de Carreteras de Australia (RTA por sus siglas en
inglés) recomienda, para las mediciones en estado fresco una
muestra mínima de 6 litros de hormigón fresco y el valor final se
aproxima a 2 gr. El resultado se expresa como el peso de fibras
por metro cúbico de hormigón proyectado. Los resultados de
este método son muy variables y en la práctica se recomienda
un volumen de hormigón mucho mayor.
La dispersión de la fibra durante la proyección es sensible en
la toma de muestras, esto se debe a varios factores, desde la
homogeneidad en el carguío, la distribución en la masa durante
el mezclado, homogeneidad en el vehículo de transporte y
la descarga en la tolva de la bomba. Por tanto, la muestra es
sensible a estos aspectos además de la técnica de colocación
del operador y sus niveles de rebote.
Figura 11.7 Medición del contenido de aire.
89
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
10.3 Métodos de medición de la resistencia
temprana
10.3.1 Generalidades
Las muestras en cilindros y testigos son generalmente
inadecuadas para la medición de la resistencia a la
compresión a edades antes de las 48 horas. Existen otros
métodos de medición de la resistencia a la compresión de
hormigón proyectado por medios indirectos los que pueden
ser utilizados sin inconvenientes. Se describe a continuación
un resumen de los métodos disponibles para ensayos de
resistencia a edad temprana.
La medición del desarrollo de la resistencia a edad temprana
es apropiada para la evaluación de la capacidad del hormigón
proyectado para soportar un terreno inestable y proporcionar
una índice para calcular el tiempo de reingreso al área de
trabajo con cierta seguridad.
El tipo más apropiado de ensayo para medir la resistencia
temprana a la compresión en hormigones con hasta 1 MPa es
el penetrómetro de aguja.
El “penetrómetro de suelo” proporciona una sobreestimación
de la resistencia a la compresión, a menos que los resultados se
corrijan utilizando el método de Bernard y Geltinger, debido
a que no es un método usado en Chile no será desarrollado.
El método de la “pistola Hilti” para medición de resistencias
de 1.0 MPa requiere operadores calificados para su uso. Esta
funciona mediante la entrega de energía por disparos.
10.3.2 Penetrómetro de aguja
Este método se utiliza para medir la fuerza requerida para
empujar una aguja de dimensiones específicas para que
penetre en el hormigón proyectado hasta una profundidad
de 15 mm ± 2 mm. El penetrómetro indica la fuerza realizada,
por compresión de un “resorte” calibrado, de la cual puede
deducirse la resistencia a compresión estimada a partir de una
curva de conversión, la que es suministrada por el fabricante
del equipo de ensayo.
La aguja debe tener un diámetro de 3 mm ± 0.1 mm y una
punta con ángulo de (60±5º). No se requiere una probeta
especial para ensayo, sin embargo se requiere una capa de
hormigón de no menos de 100 mm de espesor.
El procedimiento indica una aplicación perpendicular a la
superficie y se presiona regularmente de una sola vez hasta
una profundidad de 15 mm. Si la penetración de la aguja se
ve impedida, se suspende la aplicación y se repite en una
posición diferente. Para cada carga se debe limpiar la aguja
si es necesario. Se repite el ensayo lo más rápido posible con
un mínimo de 10 lecturas. Para resistencias bajo los 0.5 MPa
las lecturas se deben realizar en 1 min. Se debe registrar el
tiempo de inicio y término del ensayo.
La resistencia del hormigón proyectado a corta edad se
evalúa en general en intervalos de 0.2 MPa a 1,2 MPa y de
3 Mpa a 16 MPa con dos métodos diferentes, bajo la norma
EN 14488-2. El “método a” es conocido como “penetración
de aguja” (penetrómetro) y el “método b” como “hincado de
clavos” (Hilti).
Para resistencias mayores, lo que corresponde es la extracción
de testigos y medición de compresión, por sobre las 24
horas, la resistencia del hormigón ya permite su medición a
compresión directa. La siguiente figura ejemplifica mejor las
resistencias del hormigón y los métodos recomendados para
su medición.
A - Penetration needle 0.3 mm.
B - Hilti DX 450 (with L equipment), white cartridge and threaded stud.
C - Hilti DX 450 (with L equipment), green cartridge and threaded stud.
D - Diamond core or Hilti DX 450 (with L equipment), yellow cartridge and threaded stud.
Figura 10.8 Métodos recomendados para medición de la resistencia a compresión en el
hormigón a edad temprana.
Figura 10.9 Modelos de penetrómetro tradicional para hormigón y uno más moderno
con lectura digital. En ambos casos el principio de lectura es el mismo, así como la
necesidad de calibración.
90
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Capítulo 10: Métodos de Ensayo
10.3.3 Hincado del clavo - pistola Hilti
Se hinca un clavo dentro del hormigón proyectado y se
determina la profundidad de penetración. A continuación se
extrae y se mide la fuerza de extracción. La relación entre la
fuerza de extracción y la profundidad de penetración se utiliza
para obtener una estimación de la resistencia a compresión
a partir de la curva de conversión, la que es suministrada
por el fabricante del equipo de ensayo. La profundidad de
penetración del clavo debe ser al menos de 20 mm.
El equipo recomendado es Hilti DX450, el que dispone de
todos los insumos y accesorios para este tipo de ensayo.
El equipo debe disponer de un elemento para la extracción,
capaz de aplicar una fuerza de tracción al clavo trasmitiendo
la reacción a la superficie del hormigón a través de un anillo
de sujeción.
Se debe disparar a lo menos 10 clavos correctamente
insertados en profundidad (mínimo 8), a una distancia entre
clavos de no menos de 80 mm. Se debe buscar la mejor
relación longitud de clavo y color del cartucho de disparo. Con
este método se puede llegar hasta los 18 MPa sin dificultad.
10.4.1 Tenacidad medida como absorción de
energía (Joules):
La tenacidad es una medida de resistencia del hormigón,
después de la aparición de una grieta en el hormigón
reforzado con fibra. La tenacidad puede evaluarse en
términos de la capacidad de carga residual o capacidad de
absorción de energía, medida entre el inicio de la carga y
una deflexión especificada, en un ensayo de viga o panel. Se
determina como el área bajo la curva de carga/deformación
en unidad de Joules.
En Australia la prueba de resistencia más común para el
control de calidad de hormigón proyectado reforzado con
fibras es la establecida en ASTM C1550, utilizando un panel
redondo de diámetro 800mm y 75mm de espesor. Una
alternativa frecuente en Chile es el panel de 100 x 600 x 600
mm, panel cuadrado de acuerdo a la norma EN 14488-5
(también mencionado en la Guía de EFNARC).
La ventaja principal de los paneles es la menor variabilidad
de los resultados en comparación con las vigas. El nivel típico
de variación para un lote de muestras de tenacidad usando
el panel redondo ASTM C1550 es de aproximadamente un
7% y el de la norma EN 14488-5 en paneles cuadrados es de
aproximadamente 10%.
Ensayo en panel cuadrado según EN 14488-5
Figura 10.10 Método de la pistola Hilti.
10.3.4 Extracción y ensayo de testigos
La extracción y ensayo de testigos permite medir la resistencia
del hormigón a partir de aproximadamente 10 MPa, es un
método que permite medir la resistencia temprana cuando
las resistencias superan el umbral de los 10 MPa y también
la resistencia a compresión del hormigón a edades más
avanzadas.
La resistencia a la compresión se determina a través de
testigos perforados en el hormigón según NCh1171.
10.4 Métodos de medición de la resistencia en
hormigón endurecido
El término “pruebas de resistencia “ se utiliza en adelante de
forma genérica para referirse a toda una serie de métodos
de ensayo, existiendo diferentes tipos de probetas, vigas o
paneles, en diferentes países.
Esta prueba consiste en el ensayo de un panel de hormigón
de dimensiones 600 x 600 x 100 mm (+5/ -0) de espesor
simplemente apoyado en los cuatro bordes mientras se
somete una carga en el punto central (figura 10.11). La curva
de carga - deflexión se obtiene hasta una deflexión central de
25 mm (figura 10.12). El resultado del ensayo se calcula como
la energía bajo la curva de carga - deflexión medida en Joules.
En relación al muestreo, se deben preparar al menos tres
muestras. Una muestra está compuesta por un mínimo de
dos pruebas exitosas.
El panel debe ser muestreado en estado fresco en terreno,
proyectado sobre dicho panel y enrasado con un “regla” o
“viga” con apoyo en las aristas del panel, inmediatamente una
vez terminado.
Estas probetas deben curarse por 3 días inmediatamente
antes del ensayo y deben mantenerse húmedas hasta el
ensayo. Esto quiere decir, que se deben mantener en molde
al menos 16 horas y no más de 3 días, a una temperatura de
20ºC. Después del retiro de los moldes curarlas en agua a
20ºC o en cámara a 20ºC y humedad del 95%.
Algunas investigaciones han mostrado que para macro fibra
usada como refuerzo en hormigón proyectado, la energía
absorbida por una mezcla dada en el ensayo EN 14488-5 a
25mm de deflexión central es aproximadamente 2,5 veces la
magnitud de la energía absorbida por la misma mezcla en la
norma ASTM C1550 en 40 mm de deflexión central (Bernard 26 ).
91
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Figura 10.11 EN 14488-5 Ensayo panel cuadrado para absorción de energía.
La selección de la deflexión más apropiada a la que se especifica
depende de la aplicación prevista para el shotcrete. Bajos
niveles de deformación son apropiados para aplicaciones en
las cuales se esperan bajos niveles de deformación y controlan
las condiciones de servicio mientras que el desempeño
para grandes niveles de deformación es apropiada cuando
se esperan o permiten grandes deformaciones en la
estructura y priman los requisitos de resistencia y capacidad
de deformación. La energía absorbida desde 1 a 5 mm
después de la grieta es aplicable a las situaciones en que se
requiere que el shotcrete mantenga las grietas herméticas
con bajos niveles de deformación. Ejemplos de esto incluyen
revestimientos finales en estructuras civiles subterráneas
como túneles ferroviarios en los que se requiere permanecer
hermético con una deformación máxima de 40mm.
En relación al muestreo, se debe preparar al menos tres
muestras para cada lote de hormigón o de hormigón
proyectado. Una muestra está compuesta por un mínimo
de dos pruebas exitosas. Una prueba con éxito implica al
menos tres grietas radiales. Los especímenes fallan cuando
se produce un “rayo” que implica una sola grieta en toda la
muestra que se caracteriza por una baja absorción de la
energía. En este caso el resultado de esta prueba se descarta.
Figura 10.12 Ejemplo de curva de deformación obtenidas con el ensayo en panel
EN 14488-5 con fibra metálica.
Ensayo en panel redondo según ASTM C1550
Es importante que el equipo tenga un adecuado servo-control
para aplicar las cargas controlando los desplazamientos. El
desempeño de la curva carga - deflexión se calcula como la
energía absorbida medida en Joules.
Este método de ensayo considera un panel de espesor de
75 mm y de 800 mm de diámetro. El panel se apoya en
tres pivotes dispuestos simétricamente alrededor de su
circunferencia y se carga en el centro (figura 10.13).
El panel debe ser muestreado en estado fresco en terreno,
proyectado sobre dicho panel y enrasado con un “regla” o
“viga” con apoyo en las aristas del panel, inmediatamente una
vez terminado. Debe ser cubierto y protegido de la intemperie
como inicio de su proceso de curado hasta el traslado al
laboratorio. Debe contener un bastidor lo suficientemente
fuerte para levantarlo y trasladarlo sin daño.
El comportamiento después de la grieta en el panel circular
puede ser representado por la energía absorbida por el panel
hasta la deformación solicitada.
En este método de ensayo la energía absorbida de
un hormigón reforzado con fibra hasta una deflexión
especificada se toma como la capacidad para redistribuir el
esfuerzo tras el agrietamiento.
Figura 10.13 Panel ASTM C1550. Se muestra un ensayo de carga en desarrollo.
Figura 10.14 Ejemplos de curvas carga deformación obtenidas con el ensayo en panel
ASTM C1150 con fibra metálica y microfibra sintética.
92
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Capítulo 10: Métodos de Ensayo
10.4.2 Resistencia a la flexión y resistencia
residual:
La resistencia a la flexión o módulo de ruptura (rotura), es
el esfuerzo máximo de tracción de la fibra extrema de una
viga de ensayo en el punto de formación de fisura bajo
condiciones de carga. Esta tensión se determina sobre la
base de una distribución elástica de la tensión a través de la
sección transversal de la viga.
Una muestra para este ensayo se comprende de 3 vigas.
La curva de carga típica para vigas con fibra de refuerzo se
presenta en la figura 10.16 donde indican los parámetros
que se extraen de este ensayo.
La resistencia a la flexión del hormigón proyectado, puede
determinarse utilizando vigas aserradas de paneles. Si los
paneles no están disponibles, entonces estas vigas pueden ser
aserradas de las obras en el lugar de proyección, pero esta acción
es costosa, difícil y por lo general no es una práctica común. El
tamaño preferido de la viga es de 100 x 100 x 350 mm ó 150 x
150 x 500 mm extraídos de acuerdo con la norma ASTM C1140 y
probados de conformidad con la norma ASTM C78.
Si se requiere la resistencia a la flexión del hormigón
proyectado reforzado con fibras, se debe extraer vigas
de medida 100 x 100 x 350 mm ó 150 x 150 x 500 mm en
conformidad con la norma ASTM C1140 y se ensaya de
acuerdo con ASTM C1609. Si se utiliza el tamaño indicado por
EN 14488-3 la muestra se debe cortar a 125 x 75 x 600 mm.
También se pueden utilizar muestras moldeadas de
hormigón proyectado con estos tamaños de vigas, pero el
comportamiento de este tipo de muestras no se debe tomar
para representar el desempeño del hormigón proyectado
colocado, por tanto no son recomendables.
En principio las vigas sólo debieran especificarse o
recomendarse cuando se requiere una estimación directa del
módulo de ruptura y de la resistencia a la flexión residual del
hormigón proyectado reforzado con fibras.
Ensayo en viga ASTM C 1609
En este método, la viga es cargada en dos tercios del centro,
posee dimensiones de 100 x 100 x 350 mm o 150 x 150 x
500 mm, se somete a una carga de flexión (figura 10.15). La
curva carga-deformación derivada de esta prueba se puede
utilizar para determinar el módulo de ruptura que representa
la resistencia a la flexión del hormigón y la resistencia residual
o absorción de energía para el caso del hormigón proyectado
reforzado con fibras.
Figura 10.16 Curvas típicas del ensayo ASTM C1609 con los resultados para dos
contenidos de fibras.
Ensayo en viga EN 14488-3
El ensayo de la viga EN 14488-3 implica una carga a los
tercios. Esta viga es extraída de un panel y es aserrada con
dimensiones de 75 x 125 x 600 mm se apoya con una luz de
450 mm (figura 10.17). La ventaja de una altura de viga más
reducida es una viga más flexible y menos exigente con la
máquina de prueba.
Estas vigas son cada vez menos requeridas porque sus
resultados generan mucha dispersión para un mismo
hormigón y desempeño.
Estas vigas son cada vez menos requeridas porque sus
resultados generan mucha dispersión para un mismo
hormigón.
Figura 10.15 Ensayo ASTM C1609.
Figura 10.17 Ensayo de viga según EN 14488-3.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Este ensayo también tiene un mínimo de 3 probetas para
conformar una muestra. Los resultados reportados son el
primer máximo de carga, la carga de rotura y la carga junto a
los valores de resistencia a la flexión asociados.
Las vigas EN 14488-3 son la única opción práctica para probar
la tenacidad en recubrimientos de shotcrete con espesor
menor a 100 mm.
10.4.3 Resistencia a la adherencia
La adherencia es una propiedad muy difícil de medir. Todos los
métodos de ensayo existentes implican equipos patentados
para la extracción de un testigo de hormigón proyectado
en el lugar. La resistencia de adherencia entre el hormigón
proyectado y el sustrato subyacente puede determinarse de
conformidad con la Sección 10.6 de la “Guía de Especificación
Europea para hormigón proyectado” de EFNARC.
Figura 10.19 Ensayo de adherencia descrito en la norma sueca SS 137243.
10.4.4 Resistencia a ciclos de hielo y deshielo
La resistencia a la congelación y descongelación de hormigón
endurecido debe ser determinada de acuerdo con la norma
ASTM C666. Si se espera que la superficie del hormigón
proyectado sufra exposición a la sal, además de la acción de
hielo y deshielo, entonces la resistencia del material debería
evaluarse utilizando la norma ASTM C672. Si se especifica un
contenido de aire adecuado en el hormigón proyectado va
a satisfacer las pruebas de congelación-descongelación sin
dificultad. Se debe tener en cuenta que la resistencia al ciclo
de hielo y deshielo es solo un problema si se espera que el
hormigón proyectado este expuesto a este ciclo.
10.4.5 Medición de la proyección y rebote
Figura 10.18 Ensayo de adherencia descrito por la guía EFNARC.
Una prueba alternativa para la determinación de la resistencia
de adherencia, es la norma sueca SS 137243. El método
EFNARC implica la extracción de un testigo en tracción
directa desde una única perforación central (figura 10.18)
mientras que el método de la norma sueca SS 137243 implica
la realización de dos perforaciones centrales concéntricas
y el uso de un dispositivo de extracción que asegura una
carga concéntrica (figura 10.19). Este método tiene la ventaja
de que los momentos que se aplican al testigo durante la
extracción son mínimos, por lo tanto, el resultado es más
representativo de la verdadera resistencia de adherencia del
hormigón proyectado.
Si bien no es una propiedad del hormigón proyectado,
se ha incluido en este ítem dado que uno de los desafíos
más complejos en la proyección del hormigón es reducir la
cantidad de material de rebote. Esto, claro está, es de vital
importancia económica y logística, ya que por cada tonelada
de material rebotado se duplica la cantidad de trabajo.
Los factores que influyen en la cantidad de rebote son: la
experiencia y pericia del operador de la boquilla, dirección de
la proyección (hacia abajo, hacia arriba u horizontalmente),
unidad de proyección (presión del aire, boquilla, volumen
lanzado), proceso de proyección (seco o húmedo), diseño del
hormigón proyectado (árido, granulometría, acelerante, fibra,
cemento), propiedades del hormigón proyectado (resistencia
inicial, adherencia, espesor de las capas), condición del
sustrato (uniformidad, adherencia).
El rebote cambia durante el proceso de proyección. En
los primeros minutos lo que rebota principalmente es
el agregado debido a que es preciso hacer una capa de
adherencia sobre el sustrato. Luego, todos los componentes
de la mezcla rebotan durante la operación de proyección.
Puede controlarse la cantidad de material rebotado
efectivamente con la adherencia del hormigón proyectado y
la cohesión de la mezcla.
Determinación del hormigón de salida
Antes de comenzar una proyección de shotcrete es necesario
establecer con precisión cual es el volumen y masa de
hormigón que se proyecta, ya que afecta a la exactitud de la
determinación del rebote.
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Capítulo 10: Métodos de Ensayo
Cada equipo posee un caudal de salida diferente y sujeto
a cambios por uso o desgaste de partes y piezas con el
tiempo. Por esto, la cantidad total de hormigón proyectado
descargado desde la boquilla durante un cierto período
de tiempo (tiempo de proyección) se determina mediante
medición directa del peso de la masa proyectada en esa
misma cantidad de tiempo.
Determinación del rebote
Un método que consume mucho tiempo, pero es preciso,
consiste en recoger el rebote en una lona que se extiende
frente a la proyección de hormigón, se almacena en un
recipiente adecuado y se pesa. Si se conoce el tiempo de
proyección y la masa de rebote (convertida en kg/h), el
porcentaje de rebote con respecto a la masa inicial se puede
calcular fácilmente.
Para la medición del rebote en laboratorio, el hormigón
proyectado se aplica a un molde de madera preparado con
una capa de sello de hormigón proyectado previo (tamaño
de encofrado en función de la unidad pesada); el rebote
se recoge sobre una lona y se pesa. La masa de hormigón
proyectado se calcula restando la masa inicial del encofrado
de la masa total (hormigón de rebote + encofrado rociado).
El proceso concluye presentando la siguiente información
complementaria al proceso de las mediciones:
- Caudal de la bomba de hormigón.
- Presión de aire.
- Caudal del acelerante.
- Ángulo y distancia del sustrato.
- Espesor del shotcrete.
- Temperatura de la mezcla.
- Tiempo de proyección.
- Descarga de agua y presión en la boquilla.
- Relación agua / cemento.
- Caudal efectivo proyectado desde la boquilla.
- Ubicación del sustrato
- Características de las instalaciones o en el
laboratorio de medición.
10.4.6 Control del espesor
El espesor es clave en una obra de shotcrete, ya que el diseño
de una fortificación depende de alcanzar el espesor requerido.
La norma “EN 14488 – 6” entrega una procedimiento para
esta medición.
Figura 10.20 Cuadrícula para perforaciones o extracción de testigos para medición de
espesor según “EN 14488-6”.
La norma no describe ni define el área a analizar, la extensión
de las pruebas o los requisitos respecto de los resultados.
Una vez perforado y definido el instrumento para medir la
profundidad, hay que realizar las mediciones y registrarlas en
mm. Se debe informar el lugar y punto, el espesor mínimo,
máximo y promedio siempre en mm.
Otros métodos de medición de espesor están asociados al
uso de equipos topográficos o haz láser que escanea el área
antes y después de la proyección de shotcrete, lo que permite
visualizar las diferencias de espesor en el área.
Figura 10.21 Ejemplo de registro de espesor mediante estación total.
Una solución más avanzada es la que posee equipos de
fabricación europea como el equipo Meyco de Atlas Copco
modelo Potenza, que posee un escáner en el brazo de
proyección, permitiendo escanear antes y después de la
proyección, confeccionar un perfil del área proyectada, y
definir el área donde no se alcanzó el espesor deseado.
Es muy simple, en hormigón endurecido, se perforan
agujeros al sustrato o se extraen testigos. Se mide entonces
la profundidad de los agujeros o testigos.
Esta norma recomienda construir una cuadrícula y perforar
por lo menos cinco agujeros espaciados 600 ± 50 mm, en dos
líneas de tres en ángulo recto como se muestra en la figura
10.20.
Figura 10.22 Pantalla que permite visualizar el perfil del túnel antes y después de la
proyección, indicando las áreas que falta espesor.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
10.4.7 Penetración de agua
La medición de la penetración de agua o impermeabilidad se
puede realizar bajo NCh2262.
Esta prueba consiste en la extracción de un testigo de
diámetro 150mm del hormigón proyectado, el que es
aserrado para revelar una cara plana perpendicular a la
dirección de la perforación.
El ensayo de permeabilidad da una medida de la resistencia
del hormigón contra la penetración de agua. Las probetas
de hormigón son expuestas a una presión de agua dada. La
norma chilena detalla una presión de agua de 0.1 MPa de 0 –
48 h; de 0.3 MPa desde 48 – 72 h y de 0.7 MPa desde 72 – 96 h.
Las muestras se consideran fallidas si el agua penetra a través
de la superficie opuesta o a través de los lados. Un ejemplo de
la configuración de la prueba se puede ver en la figura 10.23.
Figura 10.24 Medición de la penetración de agua.
Los resultados de esta prueba pueden verse seriamente
comprometidos por la presencia de grietas en la muestra las
que puede ser causadas por retracción, el desprendimiento
después de la proyección o problemas de compactación
atribuibles al operador.
10.4.8 Compatibilidad del cemento aditivo
Figura 10.23 Ensayo de penetración de agua NCh 2262.
Inmediatamente después de este período las muestras se
cortan y se mide la profundidad de penetración de agua.
La guía EFNARC en el punto 6.3.2 recomienda un
procedimiento para verificar la compatibilidad del aditivo
acelerante y el cemento mediante los tiempos de fraguado,
denominado “determinación del tiempo de fraguado para
hormigón proyectado con aditivo acelerante”. Se debe usar
pastas de cemento de referencia con aditivo (mezcla de
prueba) y sin aditivo (mezcla de control). Para el ensayo de
tiempo de fraguado se utiliza el aparato de Vicat. El ensayo del
tiempo de fraguado en este caso busca ver la compatibilidad
entre cemento y aditivo considerando el tiempo de fraguado
de las distintas dosis de acelerante y tipo de cemento. El
detalle de esta prueba se puede ver en anexo A.
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Capítulo 11: Clases de Resistencia Temprana
11
CAPÍTULO
Clases de Resistencia Temprana
Las propiedades del hormigón proyectado cambian
considerablemente durante su rápido fraguado. El hormigón
proyectado tiene un mayor contenido de cemento y además
contiene normalmente aditivos acelerantes de fraguado
lo que genera diferencias de comportamiento respecto al
hormigón convencional.
Una vez proyectado este hormigón tiene la ventaja de adquirir
resistencia rápidamente en especial cuando se proyecta
sobre un sustrato sin presencia de armadura o refuerzo.
La norma Europea UNE-EN 206-1 detalla las propiedades
del hormigón y hace mención en el caso del hormigón
proyectado a las clases de resistencia temprana.
Esta práctica fue adoptada a partir de la experiencia de la
Sociedad del Hormigón de Austria y su Guía de Hormigón
Proyectado 38 . De acuerdo a dicha guía, las propiedades
tienen que ser indicadas en las especificaciones técnicas y
administrativas del contrato y en el programa de ejecución
del proyecto, en el programa de ensayos y ser descritas
mediante el uso de breves designaciones o nomenclaturas.
Estas clases y resistencias pueden ser modificadas durante el
proyecto según las condiciones de trabajo, no son estrictas y
pueden estar sujetas a cambios de común acuerdo entre el
contratista y diseñador.
A continuación se realiza una breve descripción de las clases
de hormigón proyectado.
Todas las tablas, gráficos y menciones de este capítulo, fueron
extraídos de la versión 2013 de la Guía Austriaca de Hormigón
proyectado 38 .
(SpC I) Hormigón proyectado con bajos requerimientos.
Solamente para bajos requisitos y solicitudes de desempeño
(clase de resistencia, durabilidad, etc.) y cuando existe un bajo
nivel de riesgo. Por ejemplo, el sellado de soportes.
(SpC II) Hormigón proyectado con los requisitos normales.
Requisitos normales para las propiedades de desempeño
y cuando existe un nivel normal de riesgo. Por ejemplo
en hormigón proyectado para la construcción de túneles
como revestimiento primario, para asegurar y apoyar la
roca circundante, que se mantenga en su lugar de forma
permanente y usado solo o en combinación con capas
internas u otros revestimientos o capas subsecuentes.
(SpC III) Hormigón proyectado con requisitos especiales. Este
hormigón proyectado está destinado a construcciones con un
alto nivel de riesgo y/o requisitos especiales de durabilidad.
Se aplica para el revestimiento primario y secundario de las
estructuras de túneles en roca blanda, para revestimientos de
túneles en varias capas
Cuando se especifica hormigón proyectado de la clase SpC
III además se especifica normalmente una alta resistencia a la
penetración de agua.
11.2 Clases de resistencias tempranas
Para el hormigón proyectado se definen tres tipos de
resistencia, para las cuales deberán considerarse las siguientes
metodologías de medición:
Tabla 11.1 Clases de resistencias temprana.
11.1 Clases de hormigón proyectado.
Las clases de hormigón proyectado tienen su fundamento en
considerar la función estructural a la que estará sometido, el
nivel de riesgo, los requisitos de durabilidad y la vida útil de
diseño.
La guía determina la clase de inspección que se debe realizar
a este tipo de hormigón y asocia a dicho hormigón, clases de
exposición (ver tabla 7-1 38 ).
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
El desarrollo de la resistencia del hormigón proyectado
puede ser descrito como un efecto de dos procesos químicos
principales, uno de ellos, se da en la mezcla entre el hormigón
fresco y el aditivo acelerante en la boquilla, por donde se
proyecta. Ésta reacción se denomina resistencia inicial, que
puede durar aproximadamente de 0 a 60 minutos y que
se superpone con un fuerte aumento de la resistencia a la
compresión, debido a la reacción de hidratación del cemento,
denominada resistencia temprana (3-4 hrs).
El desarrollo de la resistencia durante los primeros minutos,
tiene una gran influencia sobre la formación de polvo y de
rebote. Si la resistencia se alcanza de modo muy rápido,
el shotcrete se endurece instantáneamente luego de ser
proyectado, lo que impide la debida integración de las
partículas más gruesas. Por lo tanto, para mantener la
formación de polvo y de rebote dentro de límites aceptables,
la resistencia medida después de 2 minutos en condiciones
normales no debe exceder de 2 kgf/cm 2 (0.,2 MPa)
Tabla 11.1 Clases de resistencias temprana.
Si el hormigón proyectado se va a colocar en capas gruesas
(incluida sobre cabeza) a un alto rendimiento, se requiere un
desarrollo del tipo J2. Lo mismo se aplica a las ubicaciones
con filtración de agua y aplicaciones que implican la carga
inmediata debido a las operaciones subsiguientes, por
ejemplo perforación para anclaje o vibraciones por tronadura.
Los requisitos J2 también se han de cumplir en el caso de
necesidad de rápida resistencia debido a la presión de
rocas, presión del suelo o de las cargas por gravedad. La
especificación de la gama requerida depende también del
grado de utilización del hormigón proyectado fresco.
Debido a la gran formación de polvo y de rebote, el hormigón
proyectado J3 solo se debe especificar en circunstancias
especiales (por ejemplo una fuerte entrada de agua).
Ante la presencia de una fuerte entrada de agua o sobre un
sustrato desfavorable, se debe solicitar una mayor resistencia
después de unos pocos minutos.
Es necesario tener presente que esta clasificación se desarrolló
originalmente a partir de shotcrete por vía seca y que, aunque
su uso se ha extendido a vía húmeda en los últimos 15 años,
su especificación debe ser considerada con precaución y
solo en los casos en los cuales sea imprescindible contar con
resistencias a una edad muy temprana.
11.3 Curvas J (ÖBV, 2013)
Si el hormigón fresco tiene que cumplir ciertos requisitos en
términos de desarrollo de la resistencia, estos se especifican
de acuerdo a clases de resistencia temprana denominadas J1,
J2, J3 (ver figura 11.1).
El hormigón proyectado J1 es adecuado para la colocación
de capas delgadas sobre un sustrato seco y sin requisitos
especiales de soporte de carga, ofreciendo como ventaja la
baja formación de polvo y rebote.
Figura 11.1 Guía Austriaca 38 , corresponde a la figura 7-1. Requisitos de resistencia
temprana que debe cumplir el hormigón proyectado fresco. Clase J1: entre A y B, Clases
J2: entre B y C, clases J3 sobre C.
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Capítulo 12: Salud y Seguridad
12
CAPÍTULO
Salud y Seguridad
12.1 Generalidades
Como todas las actividades de construcción, la proyección
de hormigón debe ser planificada y ejecutada con la debida
atención en salud y seguridad de los operadores y el entorno.
Para ello lo más recomendable es emplear los servicios de
proveedores, empresas y contratistas competentes.
> Diseño y construcción para la seguridad
Desde la fase de diseño se espera que todas las partes
del contrato tengan en cuenta las implicaciones de
seguridad y salud de sus propuestas. A través del plan
de seguridad y la evaluación de los riesgos en todas
las materias que les competen para planificar y crear
un entorno de trabajo seguro, donde los riesgo sean
reducidos en gran medida.
> Mantención de un lugar de trabajo seguro
Después de la debida consideración en la etapa de
diseño, el equipo de construcción debe trabajar para
mantener este entorno seguro. El plan de seguridad de
la obra debe acompañar la actividad día a día y debe
tomar un registro diario y por turno como referencia
futura.
> Control de sustancias peligrosas para la salud
Los componentes del hormigón proyectado contienen
cemento y posiblemente otros aditivos y productos
químicos. Los fabricantes de materiales y los contratistas
tienen la obligación de efectuar una evaluación para el
manejo y uso de los materiales que presenten algún
riesgo. En esta evaluación se destaca los peligros que
puedan existir y las medidas necesarias para eliminar el
riesgo para el usuario. Debe prestarse especial atención
a circunstancias particulares, como por ejemplo las áreas
recientemente proyectadas, perforadas o detonadas.
Todos los materiales deben ser utilizados de acuerdo a
las instrucciones del fabricante.
Es esencial para el operador, la correcta lectura e
interpretación de los pictogramas.
> Entorno de trabajo
Se debe crear y mantener un entorno de trabajo seguro.
Esto incluye suelo nivelado y el acceso adecuado
a la zona de trabajo. Se debe proporcionar una
iluminación adecuada y en caso requerido, ventilación,
especialmente para la extracción de polvo cuando se
trabaja en un espacio cerrado. Cuando sea necesario
también se debe proporcionar protección contra el
polvo y las salpicaduras.
El personal de trabajo debe contar, en general, con los
servicios adecuados. Estos incluyen: alojamiento donde
se puedan cambiar, secar la ropa, lavandería, servicio
de aseo y un área limpia separada para comer y tomar
descansos.
> Disposición de residuos
Las operaciones de hormigón proyectado suelen
generar importantes cantidades de material de
desecho. Esto incluye la neblina de la proyección y
el rebote de material, junto con el embalaje de los
materiales y aditivos entregados.
Deben reciclarse o eliminarse los residuos, sin
poner en peligro la salud humana y sin que se use
un procedimiento o método que pueda dañar el
medioambiente, en especial:
• Poner en peligro el agua, aire, suelo, flora y fauna.
• Provocar ruidos u olores indebidos.
• Afectar negativamente al entorno o el paisaje.
12.2 Equipo de protección personal (EPP).
Todo el personal debe usar un casco de seguridad para
protección de la cabeza, calzado de seguridad con punta
reforzada homologado, el que de acuerdo al tipo de faena se
recomienda sea botas pantaneras y en especial un chaleco
o buzo con elementos reflectantes que permitan una alta
visibilidad del operador en la frente de trabajo. En países
como Australia y Sudáfrica se han desarrollado cremas
dermatológicas que actúan como barrera y es recomendable
su uso para el operador.
La vestimenta de protección apropiada para el operador
(manga larga y pantalón largo, como buzo o de dos piezas)
debe mantenerse en buenas condiciones y ser de un material
que lo proteja de la actividad que realiza, de preferencia de
color amarillo, naranjo y con cintas reflectantes (pueden
existir otros colores o una combinación de ellos).
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Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Los requisitos de EPP mínimos para un operador en obras
subterráneas, adicionalmente a las gafas y el respirador, son
otros elementos como cascos que incluyan una “corriente
de aire” en su interior evitando que se empañe además
de disponer de filtros de respiración incorporados. Otro
elemento indispensable es la lámpara de uso estándar con un
cargador de batería adicional o incluido en la lámpara misma.
Las siguientes figuras permiten apreciar mejor estos equipos
personales.
> Protección Respiratoria:
Este tipo de trabajo, por lo general, se realiza después
de actividades de tronaduras, pese a que existe un
tiempo de espera para ventilar el lugar, se recomienda
una barrera adicional de protección usando filtros para
prevenir exposiciones a concentraciones de NOx (gases
nitrosos), a su vez la solución utilizada en el Shotcrete
contiene compuestos orgánicos e inorgánicos y también
debe asumirse la presencia de material particulado. Por lo
que el filtro para este tipo de operación debe ser del tipo
GME-P100, con máscara de rostro completo (full-face).
La máscara de rostro completo entregará un mayor
factor de protección (50) de acuerdo a la guía de
protección respiratoria del Instituto de Salud Pública,
a la vez deberá entregar protección facial para los
impactos de la operación. Por las condiciones del
lugar de trabajo, alta humedad y calor, los trabajadores
deberán ocupar líquidos antiempañantes para renovar
las capas antiempañantes de los visores de la máscara
12.3 Aspectos específicos del operador y la
faena
El operador/pitonero debe tener los conocimientos
suficientes para el trabajo, debe estar certificado y con
formación específica del lugar de trabajo, la ubicación del
equipo y la documentación de seguridad.
El operador/pitonero debe haber recibido formación con
los conocimientos específicos del lugar de trabajo acerca de
todos los materiales que hay que usar, cómo tomar medidas
protectoras durante la aplicación y cómo actuar en caso de
accidente.
Las fichas de seguridad del material (MSDS-Material Safety
Data Sheet) para todos los materiales en uso deben estar
disponibles en el proyecto y el personal implicado debe estar
familiarizado con su ubicación y contenido, en especial con
los riesgos y recomendaciones sobre vestimenta protectora.
Deben comprobarse los pictogramas de etiquetado de los
envases (bidones, etc.) en cada entrega y antes de proyectar.
Nunca usar un bidón o recipiente vacío para derrames sin
retirar la etiqueta del bidón.
Para situaciones de mayor contaminación es
recomendable usar equipos de respiración PAPR
(equipos de respiración asistidos por un soplador) o
línea de aire (máscara de suministro de aire).
Figura 12.2 Distintivos para la identificación de riesgos según NCh2190
Figuras 12.1 Operador con equipo de protección personal recomendado para el
operador/pitonero de hormigón proyectado. No deben faltar las cintas reflectantes
en su vestimenta personal.
Figura 12.3dentificación de riesgos de materiales según NCh1411
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Capítulo 12: Salud y seguridad
Se debe disponer del equipo de primeros auxilios apropiado
y de agua fresca en las proximidades de la operación de
proyección.
Ninguna otra persona que no sea el propio operario del
equipo podrá estar dentro de la zona de rebote y se debe
añadir un margen de seguridad adicional.
El operador/pitonero debe tener mucho cuidado al operar
en la zona de rebote y debe utilizar el equipo de seguridad
apropiado y debe dejar de proyectar inmediatamente si
alguien entra en la zona de exclusión (figura 12.4)
Figura 12.5 El operador debe velar que todas las conexiones de la línea de transporte de
hormigón estén debidamente cerradas.
Figura 12.6 Las líneas de combustible y aire deben llevar en forma adicional una cuerda
metálica que permita contener la línea en caso que falle la unión.
Figura 12.4 Posición del operador durante la proyección. Fuera del área de rebote y con
equipo de protección personal adecuado.
Figura 12.7 Ninguno de los operadores debe levantar la rejilla o parrilla de la bomba de
hormigón y menos intentar meter la mano o movilizar algún material atrapado en los
agitadores o manilla ”S”.
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Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
12.4 Descripción de riesgos en la aplicación de
hormigón proyectado en minería
En el proceso de proyección de hormigón, los trabajadores
están expuestos a diversos riesgos los cuales se describen en
la matriz de riesgos mostrada en la referencia, y que puede
ser utilizada como guía para evaluación de los riesgos. A
continuación se describen los riesgos que tienen mayor
criticidad, indicando cual sería la mejor recomendación para
controlar el riesgo.
WWW.SHOTCRETE.CL/MDR
12.4.1 Riesgo critico de exposición a sílice
En los procesos de proyección de hormigón, se utilizan como
principales materias primas el cemento, arena y aditivos,
encontrando en estos materiales sílice tipo cuarzo (SiO 2
),
siendo éste el responsable de la enfermedad llamada silicosis.
Figura 12.8 En la recepción del hormigón por parte del operador se debe tener en cuenta
visibilidad durante las labores de retroceso del equipo, hasta la completa detención,
nunca ubicarse entre el capacho y el equipo de transporte.
Para conocer los niveles de exposición a sílice en los distintos
puestos de trabajo, es necesario realizar mediciones
personales de polvo respirable a los trabajadores expuestos.
Esto nos permitirá evaluar el nivel de riesgo en comparación
con los límites permisibles establecidos en el DS N° 594 Art.
66 (LPP =0,08 mg/m 3 ). Mediciones que deben ser realizadas
por el Organismo Administrador del Seguro correspondiente
y dependiendo de los niveles de riesgo que arrojen como
resultado, los trabajadores deberán ser incluidos en un
programa de vigilancia médica, en el cual se les realizarán
exámenes para verificar los efectos que ha producido el
agente (SiO 2
) en el organismo, siendo estos exámenes de
costo del organismo administrador.
Teniendo conciencia del riesgo presente y en conformidad a
la legislación vigente (DS N° 594, Art. 57 y 58 BIS) se deberán
establecer medidas de control de tipo ingenieriles ya sea en
la fuente o en el medio de propagación como ventilación
general exhaustiva en la faena y posteriormente implementar
medidas de control para el riesgo residual, utilizando equipos
de protección personal (EPP) adecuados de acuerdo a lo
establecido en la “Guía de selección y control de protección
respiratoria” del Instituto de Salud Pública de Chile (ISPCH).
Dependiendo del nivel de exposición se podrán utilizar
máscara de medio rostro, rostro completo o máscara con
presión positiva, todos ellos con filtro P100.
El Ministerio de Salud a través del ISPCH, ha elaborado un
protocolo denominado Plan Nacional de Erradicación de la
Silicosis (PLANESI), cuyos objetivos comprenden el período
2009 - 2030, y en donde se detallan los procedimientos de
evaluación de salud a trabajadores expuestos a sílice.
12.4.2 Riesgo crítico de exposición a ruido
Figura 12.9 Las operaciones de limpieza de los equipos deben ser realizadas con estos
apagados y sin conexión eléctrica.
El ruido se encuentra presente en gran parte de las
operaciones de proyección del hormigón, especialmente
en las etapas de preparación previa y posicionamiento del
102
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Capítulo 12: Salud y seguridad
equipo, preparación del hormigón durante el vaciado desde
el camión mezclador o “mixer” (Figura 12.10) y la proyección
del hormigón hacia la frente. En estas tareas, el ruido se
encuentra sobre los niveles máximos permitidos por el DS
N° 594/99, Art. 75, dejando expuestos a los trabajadores a
adquirir la enfermedad llamada hipoacusia neurosensorial,
de carácter profesional.
Para el control de los trabajadores expuestos a ruido, el
ISPCH ha elaborado el Protocolo de Exposición Ocupacional
a Ruido (PREXOR). Este programa de vigilancia médica
establece los distintos pasos para realizar evaluaciones y
tomar medidas de control, comenzando con una medición
en los puestos de trabajo para identificar si el trabajador
está ocupacionalmente expuesto (>82 dB (A) durante 15
minutos), tras lo cual, los trabajadores ocupacionalmente
expuestos, se someterán a una evaluación audio dosimétrica
durante una jornada de trabajo y de acuerdo a los resultados
obtenidos se determinará su nivel de exposición. Aquellos
que presenten una exposición igual o superior a una dosis de
0,5, según el DS N°594/99 Art. 76, deberán someterse a una
evaluación médica de acuerdo a lo indicado en el PREXOR,
y una vez determinado el nivel de daño auditivo, se deberá
intervenir el puesto de trabajo para disminuir los niveles de
exposición a ruido hasta una dosis aceptable de acuerdo DS
N°594/99 Art. 76, rehabilitar al trabajador dañado, reeducarlo
profesionalmente y si es necesario derivar los antecedentes
del caso a la Comisión Médico Preventiva e Invalidez
(COMPIN) para determinar el grado de invalidez permanente.
Meteorológica de Chile. Esta información debe ser publicada
diariamente en un lugar visible señalando las medidas de
control que se deben aplicar en cada caso, incluyendo los
EPP a utilizar según el Índice UV proyectado máximo diario.
Además se deben tomar medidas de control de ingeniería
tales como techado, arborizado e instalación de mallas
oscuras entre otras, así también medidas administrativas
como calendarizar faenas, establecer horarios de colación
entre las 13 -15 horas y rotación de turnos para disminución
de los tiempos de exposición.
Según el grado de exposición, se consideran los siguientes
EPP: casco de seguridad con ala ancha en todo el contorno
y de ser necesario, incorporar un cubrenuca para resguardar
la zona del cuello, anteojos de sol, bloqueador solar con FPS
30 o más, overol de manga y pierna larga, zapato que cubra
toda la piel.
12.4.4 Obligatoriedad de informar y capacitar
En conformidad a la legislación vigente y a los alcances y
recomendaciones indicados para cada uno de los riesgos
antes especificados, se deberá capacitar y concientizar a los
trabajadores expuestos sobre los efectos para la salud y las
medidas de prevención y control que éstos implican.
12.4.5 Riesgo critico de derrumbe o
desprendimiento
Los accidentes más graves en la proyección de hormigón
en túneles y taludes, son el derrumbe y la caída de rocas
desde el techo de las galerías o desde sus cajas (costados),
lo cual puede provocar contusiones, aplastamientos, etc. con
consecuencias fatales.
Estos derrumbes suelen ocurrir por deficiencias en la
fortificación y/o acuñadura (Guía Nº 5 de Operación para la
Pequeña minería del SERNAGEOMIN, marzo 2014).
Figura 12.10 Carga de hormigón en “bomba”.
12.4.3 Riesgo crítico de exposición a radiación
ultravioleta (UV)
Según lo establecido en el DS N° 594/99 Art. 109, “se
consideran expuestos a radiación UV aquellos trabajadores que
ejecutan labores sometidos a radiación solar directa en días
comprendidos entre el 1° de septiembre y el 31 de marzo, entre
las 10.00 y las 17.00 horas, y aquellos que desempeñan funciones
habituales bajo radiación UV solar directa con un índice UV igual
o superior a 6, en cualquier época del año”.
Por lo tanto, para aquellas tareas de hormigón proyectado que
se realicen al aire libre se deben aplicar medidas propuestas
en la “Guía técnica radiación ultra violeta de origen solar” del
Ministerio de Salud (Enero 2011), en la cual se indica que se
deberán identificar los niveles de radiación ultra violeta en el
lugar de trabajo, por medio del índice UV proyectado máximo
diario, según información proporcionada por la Dirección
El riesgo de derrumbe está presente durante la etapa de
posicionamiento del equipo de Shotcrete, originándose
producto de los siguientes factores: forma y dimensiones de la
excavación, método empleado de explotación, debilitamiento
producido por las tronaduras, presencia de agua o deficiente
fijación de los pernos de anclaje (Figura 12.11).
Figura 12.11 Fortificación de un túnel.
103
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
Se deberá prohibir trabajar o acceder al túnel o talud que no
esté debidamente fortificado.
Solamente podrán quedar sin fortificación los sectores en
los cuales su comportamiento sea conocido en cuanto a
su condición de autosoporte, previa recomendación de un
especialista para estos efectos, se entiende por especialista,
Ingeniero en minas, o metalurgistas, civiles o de ejecución,
conforme a lo descrito en el artículo N° 33 del Reglamento de
Seguridad Minera.
En cuanto al riesgo de desprendimiento o planchoneo,
éste ocurre cuando no se realizan las acuñaduras en forma
o frecuencia adecuada, existiendo o no la fortificación. La
acuñadura es la actividad destinada a detectar y hacer caer
de manera controlada rocas que se encuentren ligeramente
desprendidas del techo o cajas de una labor minera.
Una de las causas por la que se produce desprendimiento de
rocas es por falta de una inspección rigurosa a las condiciones
de estabilidad del material del túnel por parte de los
trabajadores, por una acuñadura deficiente, o por acciones
inseguras al acuñar.
Para controlar este riesgo, es necesario realizar revisiones
periódicas de la superficie del túnel, se debe determinar la
firmeza de la roca golpeándola comprobando el tipo de
sonido, esta operación siempre debe realizarse entre dos
personas, debiéndose comenzar en el techo y continuar
en las cajas y desde atrás hacia la frente del túnel. Se debe
prohibir el ingreso al túnel mientras se realice esta actividad.
Durante todo el tiempo de operación es importante mantener
el terreno bajo observación de las siguientes condiciones:
• El desplazamiento de cuñas, fracturas, fallas y quiebres
que se encuentran en el terreno.
• El desvío de pisos o cajas de las galerías, así como el
tapado o la forma ovalada que toman perforaciones
normales.
• La deformación o quiebre de pernos y maderas, el
“pandeo” de mallas que tienen roca suelta sobre ella,
ruidos extraños, fuertes o repetitivos, el goteo del cerro
y presencia de marina en el suelo.
12.4.6 Riesgo critico de caída de altura
Durante la proyección de shotcrete manual en altura, se
debe tener presente el riesgo de caída cuando se opera
sobre 1,80 m. Éste se debe considerar como accidente grave
si se materializa una caída de más de 2,00 m obligando al
empleador a cumplir con lo establecido en la Circular N° 2345
de la Superintendencia de Seguridad Social (SUSESO).
Las situaciones de peligro pueden tener su origen en la
falta de resistencia de la superficie de trabajo y/o en la
inestabilidad de estructuras o plataformas de trabajo.
Asimismo, el trabajador puede estar expuesto a ser empujado
por sobrepresión de la línea de trasporte de hormigón o a
un tropiezo o resbalón provocado por algún obstáculo en la
zona de tránsito. Estos peligros pueden tener consecuencias
tales como contusiones, fracturas, trauma por suspensión,
traumatismo encefalocraneano pudiendo causar invalidez
dependiendo de la altura de la caída.
Es importante contemplar el uso apropiado de los sistemas
personales para el control de caídas, que se detallan en la
“Guía técnica de selección y control de equipos de protección
personal para trabajos con riesgo de caída” del ISPCH
(2009). Cabe mencionar que para este tipo de actividad se
recomienda el uso de arnés de cuerpo completo clase A,
además de un cabo de vida provisto de un absorbedor de
impacto (Figura 12.12).
Figura 12.12 Estrobo de seguridad de vida con absorbedor de impacto.
Es importante también considerar las características de la
jaula de levante, la cual debe tener una altura superior a 1,20 m
(hasta la cintura del trabajador) y un sistema de cierre efectivo
de la compuerta de la jaula, que impida la caída accidental
del trabajador. Durante la proyección del hormigón se debe
prohibir el movimiento de la jaula y el traslado del equipo con
el trabajador dentro de ella.
12.4.7 Importancia de una cultura preventiva
Con frecuencia los accidentes y enfermedades ocupacionales
ocurren por la interacción entre las condiciones del ambiente
laboral y acciones sub-estándar que comete el trabajador.
Podemos esforzarnos en obtener las condiciones sanitarias y
ambientales necesarias para realizar un trabajo, sin embargo
es fundamental formar la actitud de los trabajadores
orientándolos hacia una cultura preventiva, para esto es
importante el liderazgo que las líneas de mando deben
demostrar como ejemplo de conducta segura.
104
www.ich.cl
Capítulo 13: ACI 506 y la Evaluación del grado de testigos
13
CAPÍTULO
ACI 506 y la Evaluación del Grado de Testigos
13.1 Generalidades
El código ACI 506.2-95 Especificaciones para Shotcrete,
describe los requisitos para los materiales, dosificación y
aplicación de hormigón proyectado – shotcrete. Su inclusión
en esta Guía se debe a que constantemente se solicita la
evaluación de las mezclas y pitoneros en función de este
documento.
Hemos optado por su traducción parcial a la que hemos
agregado comentarios para contribuir a una correcta
interpretación y uso de esta guía ACI.
13.2 Aseguramiento de la calidad
El punto 1.6.1.1 menciona la preparación de paneles de ensayo
en la etapa de “preconstrucción” para ser evaluados por el
Ingeniero antes de la colocación del hormigón proyectado
en la faena. La preparación y ensayo de los paneles se debe
cumplir de acuerdo a la norma ASTM C1140.
El punto 1.6.1.2 indica que los paneles de prueba se deben
producir para cada mezcla propuesta, y en cada sentido de
proyección u orientación y con cada operador propuesto para
el trabajo a desarrollar. En el desarrollo de las pruebas se debe
considerar siempre dos tipos de paneles, paneles de prueba
sin refuerzos y paneles de prueba con refuerzos del mismo
tamaño y espaciamiento requerido para el trabajo. Obtener
seis probetas de cada panel, tres muestras no reforzadas y
tres con el acero de refuerzo.
el trabajo solicitado. Cuando se rechaza el panel de prueba
de precalificación puede solicitarse una segunda prueba.
Cuando la segunda evaluación arroje un promedio superior
a 2.5 al pitonero NO se debiera proyectar shotcrete en el
proyecto solicitado.
Cabe mencionar que esta opción de evaluar al pitonero
puede ser omitida si los operadores son sometidos a un
proceso de Certificación, recordemos que el ACI (American
Concrete Institute) posee este programa para operadores
que realizan shotcrete por vía manual. ACI 506.3R “Guide to
Certification of Shotcrete Nozzleman”. Este proceso contempla:
• Examen escrito de 50 preguntas de selección múltiple
• Proyección en panel horizontal y proyección en panel
sobre cabeza
• El panel posee una distribución de armaduras como
se describe en la figura. (Este panel tiene claramente
definido el diámetro de las barras y su ubicación. La
calificación de los testigos de shotcrete debiera ser
realizado considerando esta configuración.
El punto 1.6.1.3 indica que la evaluación de los testigos del
panel de shotcrete sin refuerzos se evalúa por resistencia a
compresión según la norma ASTM C42.
El punto 1.6.1.4 indica que la evaluación de los testigos
del panel de shotcrete con refuerzos se clasifica por “grado
del hormigón”, se lleva a cabo por inspección visual de las
muestras reforzadas y se evalúa según la Sección 1.7 grados
básicos - hormigón proyectado.
El punto 1.6.1.6 establece que a menos que se especifique
lo contrario, sólo al pitonero con un panel de prueba
con testigos evaluados con un grado menor o igual a 2,5
(según Sección 1.7) se le permitirá proyectar hormigón en
Figura 13.1 Panel para Certificación de pitoneros según estándar ACI506.3R para uso del
programa de certificaciones del ACI e ICH. Los círculos, identifican el punto donde se debe
extraer el testigo para su revisión.
105
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
13.3 Calificación del Hormigón Proyectado
(Sección 1.7)
El punto 1.7.1 define Grado 1: muestras de hormigón
proyectado sólido; no hay laminaciones, zonas arenosas
o vacías. Las pequeñas burbujas de aire con un diámetro
máximo de 1/8 de pulgada (3mm) y la longitud máxima de
1/4 de pulgada (6mm) son normales y aceptables. Bolsas de
arena o huecos continuos detrás del acero de refuerzo son
inaceptables. La superficie contra el fondo del panel debe
estar en buen estado, sin una textura arenosa o huecos.
El punto 1.7.2 define Grado 2: muestras de hormigón
proyectado con no más de dos laminaciones o zonas de
arena con dimensiones que no excedan de 1/8 de pulgada
(3mm) de espesor y de 1 pulgada de largo (25mm). La altura,
el ancho y la profundidad de los huecos no deberán exceder
de 3/8 de pulgada (10mm) zonas porosas detrás del acero de
refuerzo no deben ser superiores a 1/2 pulgada (13mm) en
cualquier dirección excepto a lo largo de la longitud del acero
de refuerzo. La superficie contra el fondo del panel debe estar
en buen estado, sin una textura arenosa o huecos.
El punto 1.7.6 establece que la determinación del grado
será mediante el cálculo de la media de un mínimo de tres
testigos.
Es decir, lo mínimo son tres testigos a ser observados, si se
usa la armadura especificada para el proyecto, de lo contrario
usando el panel ACI son 5 testigos (ver figura 14.1). Cada
testigo es evaluado en forma individual de acuerdo a lo
descrito en los puntos anteriores, el promedio de 3 o de 5, es
el grado de la proyección de ese hormigón y de un pitonero
en particular.
El punto 1.7.7 clarifica la evaluación final, estableciendo que
una calificación media de 2,5 o menos es aceptable a no
ser que se especifique lo contrario en el proyecto. Testigos
individuales de hormigón proyectado con un grado mayor
que 3 son inaceptables.
El punto 1.7.3 define Grado 3: muestras de hormigón
proyectado con no más de dos láminas o zonas de arena con
dimensiones superiores a 3/16 de pulgada (5 mm) de espesor
por 1-1/4 pulgadas de largo (32mm), o un gran vacío, bolsas
de arena, o laminación con arenas mal adheridas que no
exceda de 5/8 de pulgada (16mm) de grosor y 1-1/4 pulgadas
(32mm) de ancho. La superficie contra el fondo debe ser
plano, puede ser de arena o con huecos que contienen exceso
de rebote hasta 1/16 pulg (2mm) de profundidad.
El punto 1.7.4 define Grado 4: El testigo presenta similitud al
Grado 3, pero puede tener dos defectos importantes, como se
ha descrito para el Grado 3 o puede tener un defecto con una
dimensión máxima de 1 pulgada (25 mm) perpendicular a la
cara del testigo con un ancho máximo de 1-1/2 pulg (38mm).
La superficie de contacto con el molde puede ser arenosa,
con vacíos o rebote de hasta 1/8 pulg (3 mm) de profundidad.
El punto 1.7.5 define Grado 5: un testigo que no cumpla con
los criterios de los grados básicos 1 a 4, por ser de menor
calidad, se clasifica como de grado 5.
Figura 13.3 Ejemplo de testigos evaluados mediante la distribución de armaduras para
un proceso de certificación de pitoneros bajo estar ACI 506.3R.
Figura 13.2 ejemplo de la clasificación del Grado del Testigo de Shotcrete en un panel
reforzado con armadura.
106
www.ich.cl
Capítulo 14: Referencias y Bibliografía
14
CAPÍTULO
Referencias y Bibliografía
14.1 Referencias
1 Yoggy, G. “The History of Shotcrete”, Shotcrete, Vol. 2,
No. 4, 2000, pp 28-29.
2 Terzaghi, K.“Rock defects and loads in tunnel supports”
Rock Tunnelling with Steel Supports, R.V. Proctor & T.L.
White (eds) The Commercial Shearing and Stamping Co.
Youngstown, Ohio, pp 17–99, 1946.
3 Barrett, S. & McCreath, D.R. “Shotcrete Support Design
in Blocky Ground – Towards a Deterministic Approach”
Tunnels and Deep Space, 10(1), pp 79–88, 1995.
4 AFTES Recommendation for the Design of Sprayed
Concrete in Underground Support, Association
Francaise des Tunnels et de l’Espace Souterrain, 2000.
5 ICE Design and Practice Guides: Sprayed Concrete
Linings (NATM) for Tunnels in Soft Ground, Institution of
Civil Engineers, London, 1996.
6 American Concrete Institute Special Publication Number
57, Refractory Concrete, 314pp, ACI Farmington Hills,
USA, 1978.
7 RILEM TC 162-TDF, “Test and design methods for steel
fibre reinforced concrete”, Materials & Structures, Vol. 36,
Oct 2003, pp560-567.
8 John, M. & Mattle, B., “Shotcrete Lining Design: Factors
of Influence”, RETC Proceedings, pp726-734, 2003.
9 Hoek, E., Carranza-Torres, C., Diederichs, M., and Corkum,
B., “Integration of geotechnical and structural design
in tunneling”, Proceedings University of Minnesota
56th Annual Geotechnical Engineering Conference,
Minneapolis, 29 Feb 2008, pp1-53.
10 British Tunnelling Society, Specification for Tunnelling,
Third Edition, pp200, Thomas Telford, London, 2010.
11 Windsor, CR “Shotcrete Rock Support in Australian
Mines: Curing and Thickness”, Surface Support in
Mining, Australian Centre for Geomechanics, 2004.
12Grimstad, E. & Barton, N. “Updating the Q System for NMT”
in Proceedings of International Symposium on Sprayed
Concrete. Fagernes, Norway, pp 21, 1993.
13Bieniawski, Z.T. “Engineering Classification of jointed rock
masses” in Transactions of the South African institution of
Civil Engineers 15, pp 335–344, 1973.
14Brady,B.H.G.andBrownE.T.RockMechanicsforUnderground
Mining London. George Allen & Unwin, 1985.
15Barton, N., Lien, R. and Lunde, J. “Engineering classification
of rock masses for design of tunnel support” in Rock
Mechanics, 6(4), pp 189–236, 1974.
16Milne, D., Hadjigeorgiou, J. and Pakalnis, R. “Rock Mass
Characterization for Underground Hard Rock Mines”
Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 13,
No. 4, pp 393–391,1998.
17ASTM Standard Test Method C-1550, “Flexural Toughness
of Fiber-Reinforced Concrete (Using Centrally Loaded
Round Panel)” ASTM International, USA.
18EN 14488 Testing Sprayed Concrete, European Standard
(Euronorm) European Committee for Standardisation.
19Bernard, E.S. “Behaviour of round steel fibre reinforced
concrete panels under point loads”, Materials and
Structures, RILEM, Vol 33, pp 181–188, April 2000.
20Bernard, E.S. “Creep of cracked fibre-reinforced shotcrete
panels”, Shotcrete: More Engineering Developments,
Bernard (ed.), pp 47–58, Taylor & Francis, London, 2004.
21McKay, J. & Trottier, J-F. “Post-crack creep behaviour of steel
and synthetic FRC under flexural loading”, Shotcrete: More
Engineering Developments, Bernard (ed.), pp 183–192,
Taylor & Francis, London, 2004.
22Neville,A.M.PropertiesofConcrete,Longman,London,2002.
23Beaupre, D., Jolin, M., Pigeon, M., and Lacombe, P. “Recent
developments in the field of shotcrete: the Quebec
Experience”, Shotcrete: Engineering Developments,
Balkema, The Netherlands, 2001.
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Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
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Clements, M.J.K, Jenkins, P.A., and Malmgren, L.
“Hydroscaling – An overview of a young technology”,
Shotcrete: More Engineering Developments, Bernard
(ed.), pp 89-–96, Taylor & Francis, London, 2004.
Bernard,E.S.“Early-ageloadresistanceoffibrereinforced
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of concrete mixtures”, presented at the sixty-fifth
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Pigeon, M., Marchand, J., Pleau, R. “Frost Resistant
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Washington, 223 pages (1991).
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Concrete Institute, USA.
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for Construction Technology.
40ACI 318.11- Código de Diseño de Hormigón Armado (S),
American Concrete Institute, USA edición ICH.
41Manual del Hormigon de SIKA, Edición marzo del 2010.
14.1.1 Otras bibliografías recomendadas
• Barrett, S. & McCreath, D.R. “Shotcrete Support Design
in Blocky Ground – Towards a Deterministic Approach”
Tunnels and Deep Space, 10(1), pp 79–88, 1995.
• Bernard, E.S., and Geltinger, C. “Determination of Early-Age
Compressive Strength for Shotcrete”, Shotcrete
Vol. 9, No, 4, 2007, pp 22–27.
• Bernard, E.S., “Design performance requirements for
fiber-reinforced shotcrete using ASTM C-1550”, Shotcrete:
More Engineering Developments, Bernard (ed.),
pp 67–80, Taylor & Francis, London, 2004.
• Bernard,E.S.“Correlationsinthebehavioroffiberreinforced
shotcrete beam and panel specimens” Materials
and Structures, RILEM, Vol 35, pp 156–164, April 2002.
• D.S. N°594/99. Aprueba reglamento sobre condiciones
sanitarias y ambientales básicas en los lugares de trabajo.
• Guía técnica para la elaboración de un “Sistema de
gestión del riesgo exposición a sílice”. SEREMI de Salud,
RM.
• Guía preventiva para los trabajadores expuestos a ruido.
ISPCH.
• Guía Nº 5 de Operación para la pequeña minería. SER-
NAGEOMIN.
• Guía técnica de selección y control de equipos de protección
personal para trabajos con riesgo de caída” del
ISPCH.
14.2 Bibliografía
14.2.1 Normas y Guías Internacionales
• ACI CT-13 ACI Concrete Terminology, American Concrete
Institute, USA.
• ACI201.2R-GuidetoDurableConcrete,AmericanConcre
te Institute, Farmington Hills, USA.
• ACI 506R Guide to Shotcrete, American Concrete
Institute, Farmington Hills, USA.
• ACI 547R Refractory Concrete, American Concrete
Institute, Farmington Hills, USA.
• ACI 506.1R-08 “Guide to fiber Reinforced Shotcrete”,
American Concrete Institute, Farmington Hills, USA.
Capítulo 14: Referencias y Bibliografía
• ACI506.4R-94 “Guide for the Evaluation of Shotcrete”,
American Concrete Institute, Farmington Hills, USA.
• ACI.5R-09 “Guide for Specifying Underground
Shotcrete”, American Concrete Institute, Farmington
Hills, USA.
• ACI 547R Refractory Concrete, American Concrete
Institute, USA.
• ACI 318.11- Código de Diseño de Hormigón Armado
(S), American Concrete Institute, USA edición ICH.
• DBV 2001 Design Principles of Steel Fibre Reinforced
Concrete for Tunnelling Works, Deutscher Beton-Verein.
• DIN 1048-5 (1991) Testing concrete; testing of
hardened concrete (specimens prepared in mould),
DIN.
• AS/NZS-ISO9001 Quality Management Systems,
Standards Australia.
• AASHTO Test Method TP60, “Standard Specifications
for Transportation and Methods of Sampling and
Testing” AASHTO, Washington, 2006.
• ASTM Standard Test method C-78 “Flexural Strength
of Concrete (Using Simple Beam with Third-point
Loading)”, ASTM International, USA.
• ASTM Standard Test method C-116, “Compressive
Strength of Concrete Using Portions of Beams Broken
in Flexure”, ASTM International, USA.
• ASTM Standard Guide C-295, “Petrographic
Examination of Aggregates for Concrete”, ASTM
International, USA.
• ASTM Standard Test method C-531, “Linear Shrinkage
and Coefficient of Thermal Expansion of Chemical-
Resistant Mortars, Grouts, Monolithic Surfacings, and
Polymer Concretes”, ASTM International, USA.
•
ASTM Standard Test method C-642 “Density,
Absorption, and Voids in Hardened Concrete”, ASTM
International, USA.
• ASTM Standard Test method C-666, “Resistance of
Concrete to Rapid Freezing and Thawing”, ASTM
International, USA.
• ASTM Standard Test method C-672, “Scaling Resistance
of Concrete Surfaces Exposed to Deicing Chemicals”,
ASTM International, USA.
• ASTM Standard Practice C-1140, “Preparing and
Testing Specimens from Shotcrete Test Panels”, ASTM
International, USA.
• ASTM Standard Test method C-1550, “Flexural
Toughness of Fiber-Reinforced Concrete (Using
Centrally Loaded Round Panel)”, ASTM International,
USA.
• ASTM Standard Test method C-1609, “Flexural
Performance of Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam
With Third- point Loading)”, ASTM International, USA.
• ASTM C172 Standard Practice for Sampling Freshly
Mixed Concrete)”, ASTM International, USA.
• ASTM C143 Standard Test Method for Slump of
Hydraulic-Cement Concrete)”, ASTM International,
USA.
• ASTM C138, Standard Test Method for Density (Unit
Weight), Yield, and Air Content (Gravimetric) of Concrete.
• ASTM C231 Standard Test Method for Air Content of
Freshly Mixed Concrete by the Pressure Method.
• ASTM C1064 Standard Test Method for Temperature of
Freshly Mixed Hydraulic-Cement Concrete.
• AS1012 Methods of testing concrete, Standards
Australia.
• AS1141 Methods of sampling and testing aggregates,
Standards Australia.
• AS1379 Specification and supply of concrete,
Standards Australia.
• AS1478 Chemical admixtures for concrete, mortar and
grout, Standards Australia.
• AS2758Aggregatesandrockforengineeringpurposes,
Standards Australia.
• AS2783 Use of reinforced concrete for small swimming
pools, Standards Australia.
• AS3582 Supplementary cementitious materials for use
with Portland and blended cement, Standards Australia.
• AS3600 Concrete structures, Standards Australia.
• AS3735 Concrete structures retaining liquids,
Standards Australia.
• AS3799 Liquid membrane-forming curing compounds
for concrete, Standards Australia.
• AS3972 Portland and blended cements, Standards
Australia.
• EN14488TestingSprayedConcrete,EuropeanStandard
(Euronorm) European Committee for Standardisation.
109
Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ICH
Guía Chilena del Hormigón Proyectado - Shotcrete
• EN 206-1 Hormigón. Parte 1: Especificaciones,
prestaciones, producción y conformidad (Concrete
- Part 1: Specification, performance, production and
conformity).
• EN 12350 Ensayos de hormigón fresco.
• EFNARC, European Specification for Sprayed Concrete,
European Federation of National Associations of
Specialist Contractors and Material Suppliers for the
Construction Industry (EFNARC) 1996.
• Swedish Standard SS 137243 Concrete testing-
Hardened concrete, shotcrete and plaster-Adhesion
strength (in Swedish) 1987.
14.2.2 Normas Chilenas
• NCh148 Cemento - Terminología, clasificación y
especificaciones generales.
• NCh152 Cemento - Método de determinación del
tiempo de fraguado.
• NCh163 Áridos para Morteros y Hormigones -
Requisitos Generales.
• NCh165 Aridos para morteros y hormigones -
Tamizado y determinación de la granulometría.
• NCh170 Hormigón - Requisitos generales.
• NCh171 Hormigón - Extracción de muestras de
hormigón.
• NCh413 Agua para fines industriales - Ensayos -
Determinación del pH.
• NCh1017 Hormigón - Confección y curado en
obra de probetas para ensayos de compresión y
tracción.
• NCh1018 Hormigón - Preparación de mezclas de
prueba en laboratorio.
• NCh1019 Hormigón - Determinación de la docilidad
- Método del asentamiento del cono de
Abrams.
• NCh1037 Hormigón - Ensayo de compresión de
probetas cúbicas y cilíndricas.
• NCh1328 Áridos para Morteros y Hormigones -
Determinación de la desintegración - Método de
los Sulfatos.
• NCh1441 Áridos para morteros y hormigones -
Determinación de sales – Parte 1: Determinación
de cloruros y sulfatos
• NCh1498 Hormigón - Agua de amasado -
Requisitos generales.
• NCh1564 Hormigón - Determinación de la densidad
aparente, del rendimiento, del contenido de
cemento y del contenido de aire del hormigón
fresco.
• NCh2182Hormigónymortero-Aditivos–
Clasificación y Requisitos.
• NCh 2183 Hormigón y mortero - Método de
ensayo - Determinación del tiempo de fraguado.
• NCh2184 Hormigón y mortero - Método de ensayo
- Determinación del contenido de aire.
• NCh2262 Hormigón y mortero - Método de ensayo
- Determinación de la impermeabilidad del agua
– Método de la penetración de agua bajo presión.
• NCh-2190 Transporte de sustancias peligrosas y
sus pictogramas.
• NCh-1411 Prevención de Riesgos.
14.2.3 Links de Interés
• ICH: www.ich.cl
• ICH: www.shotrcrete.cl
• ACI: www.concrete.org
• ASTM: www.astm.org
• ASA: www.shotcrete.org
• Standards Australia: www.standard.org.au
• EFNARC: www.efnarc.org
• OBV: www.bautechnik.pro
• www.ispch.cl
• http://web.minsal.cl/portal/url/item/7d35c3dc-
76610f33e04001011e015333.pdf
• http://web.minsal.cl/sites/default/files/files/protocolo_
vigilancia_expuestos_a_ruido_minsal.pdf
110
www.ich.cl
Anexo A: Pruebas de Compatibilidad de Materiales Constituyentes del Shotcrete
A
ANEXOS
Pruebas de Compatibilidad de Materiales Constituyentes del Shotcrete
Este anexo presenta una forma estandarizada en Europa para
la realización de pruebas de laboratorio de las combinaciones
de Cemento/Aditivo Acelerante, con especial atención a los
tiempos de fraguado.
Los métodos de prueba utilizados para evaluar el tiempo de
fraguado se basan en el principio de las pruebas de penetración
con aguja de Vicat. El método se describe más adelante,
básicamente sirve para poner a prueba y evaluar la idoneidad
del cemento en combinación con un aditivo acelerante.
El informe del ensayo debe contener como mínimo: el método
elegido, los materiales, las dosis utilizadas, el tiempo de
fraguado inicial y final.
El método de la aguja de Vicat consiste en establecer el
tiempo de fraguado de la combinación cemento/acelerante.
En una proporción o razón a/c dado, el comienzo y el final
de la prueba se establecen para una combinación cemento/
acelerador dado. El aparato debe estar libre de vibraciones
cuando sea utilizado y en una superficie horizontal.
Instrucciones para la prueba
Temperatura del lugar de trabajo (laboratorio) 20°C ±
2°C. Temperatura del cemento y agua: 20°C ± 2°C, en
casos especiales, 8°C ± 2 ° C.
adición inicial del agua. Si la pasta resultante no es fácil
de manipular, pruebe con una dosis menor.
e.- Vaciar en un molde de goma (de Vicat h = 40 mm, dui =
65 mm, doi = 74 mm) y enrasar con la espátula. Retirar
el anillo de goma. Estas operaciones tienen que ser
completadas dentro de los 25 segundos después de la
f.- Use el aparato de Vicat para determinar el comienzo y
el final de fraguado. El fraguado inicial se define como
el tiempo cuando la aguja se queda pegada en la pasta
de 3 a 5 mm por encima de la placa (placa de vidrio o
plástico); el tiempo de fraguado final se define como
el tiempo cuando la aguja penetra en no más de 1 mm
en la pasta. Cálculo de los tiempos se cuenta desde la
primera adición de agua.
Para realizar más de una inserción de la aguja, estas deben
estar separadas al menos 5mm entre ellas mientras se
realiza la prueba.
La siguiente es una forma alternativa de preparar la pasta
de cemento de referencia.
Preparar la pasta de cemento mezclando en un recipiente
adecuado, 300 ± 15 g de cemento de referencia con 105 ±
5 g de agua para formar una pasta homogénea. Agregar a
esta pasta la cantidad de aditivo especificada por el proveedor,
mezclar rápida y completamente y colocar en el molde del
aparato Vicat. El mezclado y llenado del molde deben efectuarse
entre 15 – 30 segundos, sin producir segregación o vibración.
Añadir el acelerante líquido al agua, normalmente a
una cantidad equivalente 3 - 5% del peso del cemento
(o la cantidad que recomiende el fabricante). El contenido
de humedad del acelerante se cuenta en la cantidad
de agua añadida.
a.-
b.- Preparar 250 g de cemento y agua. Los valores de
razón a/c podrán tener combinaciones desde 0,35 a
0.45. En peso.
c.-
d.- Tomar una taza de goma y mezclar enérgicamente
ambos componentes por un periodo de 15 segundos
con una espátula.
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Anexo B: Ejemplo de Plan de Inspección y Calidad sugerido para Túneles Mineros
B
ANEXOS
Ejemplo de Plan de Inspección y Calidad sugerido para Túneles Mineros
El siguiente es una propuesta de un estándar de calidad
para control, evaluación y seguimiento, en las etapas de
pre-construcción y construcción.
La etapa de construcción puede estar sujeta a cambios de
exigencia y frecuencia en la medida que los ensayos respalden
propuestas del contratista o en su defecto exigencias del
mandante por el desempeño del proyecto.
Etapa de PRE-CONSTRUCCIÓN
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Etapa de CONSTRUCCIÓN
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La impresión de esta edición ha sido posible gracias a la colaboración de:
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